美國(guó)佛羅里達(dá)大學(xué)物理學(xué)教授彼得?赫希菲爾德和5位其他機(jī)構(gòu)的研究人員表示,晶界(grain boundaries)是阻礙高溫超導(dǎo)體內(nèi)電流流動(dòng)的原因。相關(guān)文章刊登在《自然?物理》雜志網(wǎng)站上。
當(dāng)20世紀(jì)80年代末首次發(fā)現(xiàn)高溫超導(dǎo)體后,科學(xué)家便認(rèn)為高溫超導(dǎo)體將給人類帶來(lái)效率極高的磁懸浮列車(chē)和其他革命性的技術(shù)。然而,科學(xué)家的預(yù)期并沒(méi)有得以實(shí)現(xiàn)。在題為“晶界如何限制高溫超導(dǎo)體內(nèi)超導(dǎo)電流”的文章中,赫希菲爾德和同事首次精確地闡述了陶瓷高溫超導(dǎo)體的原子結(jié)構(gòu)是如何阻礙電流流動(dòng)的。
高溫超導(dǎo)陶瓷導(dǎo)線由一排排原子組成。然而,在排列時(shí),每排原子間存在著微小的晶格歪斜。這如同一張方格紙與另一張方格紙疊加時(shí),縱橫線沒(méi)有完美對(duì)齊那樣。在原子排相交的地方,電荷會(huì)出現(xiàn)堆積團(tuán),從而阻斷電流的自然流動(dòng)。超導(dǎo)體中分離原子排的晶界阻擾電流的觀點(diǎn),首次恰當(dāng)?shù)乇硎隽顺瑢?dǎo)體難以實(shí)現(xiàn)其潛能這一困擾實(shí)驗(yàn)物理學(xué)家20多年的現(xiàn)象。
在研究中,赫希菲爾德和同事的主要貢獻(xiàn)是構(gòu)思和創(chuàng)立了與觀察非常吻合的數(shù)學(xué)模型。他表示,他們獲得了抽象化的單晶界理論模型,該模型能夠應(yīng)用于所有這樣的晶界結(jié)構(gòu)。
赫希菲爾德同時(shí)表示,雖然他們的理論模型為研究人員解釋過(guò)去和未來(lái)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果提供了更好的手段,但是該模型卻不能幫助找到消除晶界阻礙電流流動(dòng)的途徑。然而,研究人員希望他們的模型在今后能夠促使人們開(kāi)發(fā)出晶界限制性小些的高溫超導(dǎo)體,從而讓人們朝著實(shí)現(xiàn)超導(dǎo)體潛能的方向更進(jìn)一步。
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