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硼化铌产品的超导特性新发现

2022-07-02 10:38:39

在过去的六十五年间,硼化铌(NbB)一直被认为是超导材料的优质材料。此假设与凝聚态物质和科学论文期刊物理相关手册中已有详细记载,并且,目前来自圣保罗大学(USP),巴西大学和美国圣地亚哥州立大学的科学家也开始了此项猜想的研究。

      

  近期,物理评论杂志发表的一篇文章报道了新的研究成果,研究小组充分证明,早先观察到的超导性不完全来自NbB,超导特性是在所研究的样品中拥有蜿蜒”NbB晶粒的极高纯度铌丝的固有特性。

 

     该研究的主要参与者是Lorena工程学院(EEL-USP)主任兼圣保罗大学物理研究所(IF-USP)的正教授Renato de Figueiredo Jardim 该研究是由功能材料研究与发展中心(CDMF)的支持开展的,CDMF中心是圣保罗研究基金会(FAPESP)资助的17个研究创新与发布中心(RIDC)之一。

 

     作为IF-USP教授与EEL-USP主任,Renato de Figueiredo Jardim解释道:“众所周知,铌(Nb)单质在9.2开尔文,即非常低的温度下冷却时具备超导性能,而现在我们成功否定NbB的特殊情况。NbB样品中含有绝大体积分数的NbB,几乎少含高纯的Nb单质。在研究使用的材料中存在两种不同的结晶相,包含约98%铌和2%硼的少数相均是超导体。

 

     对文章选用的电子显微镜图像分析,结果表明,白色长丝指少数相,其成分组成为2%的硼和98%的铌,表示其组成的符号是Nb0.98B0.02,图示中较大体积分数的灰色区域是NbB

 

     研究人员指出,即使该现象发生在体积分数微小的具有超导特性的少数相Nb0.98B0.02,此种含量分配的NbB并可创建一个三维网格电流在材料的末端之间移动。

 

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这种特性极有可能误导了Z早研究测试NbB的科学家,致使科学家认为这种材料在大约9K的温度下表现出超导性。

 

Jardim认为扫描电子显微镜对NbB晶格结构的认识提供了定性证据,也就 觉证据力证。此外Jardim进一步指出:仅凭这点证据不足以证实研究者的假设。我们必须完善信息寻找定量的证据。以来自研究材料中获得的数据为基础,应用热力学模型来实现准确效果,并通过该方式获得研究所需求的证据。

 

新技术应用的显著贡献

 

在宏观上,超导电性是特定材料在低于特定温度下冷却时导电的特征,具有毫无能量损失或零电阻特点。

 

目前研究者可合理掌握超导技术的应用,并在超导线圈中实现技术施展。超导线圈的冷却以及绝热导致施加的电流不稳定流动导致磁场产生,从而避免了能量的损失,这种超导装置广泛应用于磁共振成像或MRI设备中。

 

Jardim指出:近些年该超导技术已经取得了飞速进展。一种名为杜瓦瓶的特型真空瓶被用于低温储存,其内部温度可保持在4.2开尔文(约-270°C)的液氦水平。这些用来制冷超导线圈的杜瓦瓶在市场上随处可见,很方便得到

 

Jardim补充:目前NbB未被发现有技术上的用途,但是NbB表兄弟二硼化镁(MgB2),在过去10年中引起了科学家们强烈的科研兴趣。我们的研究可能有助于MgB2的技术应用。

 

超导体和反磁性

 

根据雅尔丁的观点,除了上述的宏观超导电性之外,还有一个被称为完美的宏观特征,例如将材料置于外部磁场中,超导体的内部磁场会被完全排除。


所有材料都具有反磁性,然而反磁性的存在并不强很,往往很容易被其它更强的磁性所忽略,例如铁磁性(材料被吸引到外部磁场)以及顺磁性(材料的原子磁偶极子通过该顺磁性平行于外部磁场)。


如果抗磁性应能够类似超导体特性充分稳定,则由磁场引起的斥力足以使材料悬浮,有关此类的研究也越来越备受科学家们青睐。


Jardim强调:抗磁性可以被看作是在材料表面上产生的电流子,电流子又可产生某个与所施外磁场相同大小且作用方向相反的感应磁场,就好像浸入材料中的磁场被从内部重新排出。


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