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室温超导“热潮”已掀开芯片行业或将迎来剧变!

时间:2024-01-14 来源:产品中心
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  就在最近的一个月,曾风靡全球的ChatGPT热度随之下降;突然爆火的学术新话题“常温超导”则震惊了我们所有人。

  据悉,这样一种材料主要是改性铅磷灰石晶体结构(简称LK-99,一种掺杂铜的铅磷灰石)。

  如今距离人类首次发现超导现象已经有100多年,因此室温超导总能引发公众狂热。

  1911年,荷兰物理学家Heike Kamerlingh Onnes就已经发现,当温度降低至4.2K(约-268.95℃)时,浸泡在液氨里的金属汞的电阻会消失。

  2020年,美国内华达大学的研究人员就称其开发出了一种室温超导材料,并成立了一家名为Unearthly Materials来进一步开发。

  2023年3月份,来自美国罗切斯特大学的物理学家 Ranga Dias 声称自己在 21℃条件下实现了室温超导——由氢(99%)、氮(1%)和纯镥制成的材料 LNH 在 21°C、1GPa 条件下就实现了超导状态。

  它是指在低温条件下(通常是接近绝对零度),电阻完全消失的材料,电阻是导致能量损耗和热量产生的原因之一,而超导材料能够以零电阻的方式传导电流;这种特性使得超导材料在电力输送、磁场应用、粒子加速器、磁共振成像等领域具备极其重大的应用价值。

  其中,超导材料的超导现象是由发现者之一荷兰物理学家海克·卡末林·奥斯特瑞格在1911年首次观察到的,超导材料常常要冷却到非常低的温度,才能实现超导状态;但近年来,一些高温超导材料被发现,在相比来说较高的温度下(比液氮温度稍高)也能表现出超导性质,这为超导技术的发展和应用提供了更多可能性。

  尤其,常温常压超导体最大亮点便是摆脱了极低温和超高压限制,韩国团队宣称新发现的LK-99,在常压和127℃的条件下,具备超导体的“零电阻”和“完全抗磁性”。

  与此同时,LK-99是由铅磷灰石稍加变动的六方结构,引入了少量的铜,使其可以在127摄氏度以下表现出超导性:

  室温超导体LK-99的独特之处在于其极高的临界温度,超过了摄氏30度;这在某种程度上预示着它可以在常温环境下实现零电阻传导电流,而无需额外的冷却设施,这一突破性的特性将彻底改变现有的能源输送和存储方式。

  另外,室温超导体LK-99能够明显提高电力输送的效率。由于使用LK-99的电线基本上没有电阻,电力传输损失大幅度的降低;这在某种程度上预示着能源可以更有效地从发电厂传输到消费的人,减少了能源浪费和环境影响,此外,由于电线中的能量损失减少,也降低了电线过热引发火灾的风险。

  其次,LK-99的应用还涉及到医学和科学领域。在核磁共振成像(MRI)等医疗设施中,室温超导体的使用将显著改善图像分辨率,并提高诊断的准确性;在科学研究中,它将推动实验设备的逐步发展,加快所有的领域的创新。

  除此之外,室温超导体LK-99也将对交通运输产生重大影响,其在电动车辆中的应用将使电池充电速度更快、行驶距离更远,从而提升电动车的实用性和普及度;且,LK-99的应用还有助于开发高速磁悬浮列车等新型交通工具,提高交通效率和舒适度。

  值得一提的是:常温常压超导体被视为现代物理学的“圣杯”之一;若实验结果能够复现,无疑将在能源、交通、计算、医疗检测等诸多领域产生变革。

  更高效的能源传输、转换与存储:超导材料利用零电阻的特性,可以无损耗地传输电力,使得能源传输效率、稳定性和可靠性极大提升。

  更高速的交通方式:超导材料带来电能传输效率的提升和磁悬浮列车减少相关成本的可能,将直接影响高速交通方式变革。

  更快的信息处理速度:超导材料在低温度的环境下具有高度的量子特性,可用于构建量子计算机,运算速度远超现有计算机,或将在信息处理领域带来非常大变革。

  更先进的治疗方法:超导材料在医学领域具有广泛的应用,例如MRI、超导线圈等。常温常压下超导材料的出现,将为医疗设施的小型化和便携化提供可能,推动医疗技术的发展。

  这时的功率应该取决于与非门最低驱动电流是多少,到时候电子元件能做到更小,几乎能忽略散热问题。

  而使用常温超导材料作为封装材料,能够给大家提供更好的电磁屏蔽效果,减少外部电磁信号对芯片的干扰,提高芯片的工作稳定性和可靠性。

  简单来说,这一颇具科幻色彩的技术,能在常温下让电子飞快通过,没有电阻,没有能量消耗,将颠覆现有电力系统。

  发展至今,超导体的实际应用基本局限于磁悬浮等少数特定场景下,原因主要在于:它常常要被冷却至极低温,且需要施加极高的压力才能成为超导态;此次韩国研究团队也提到,自昂内斯发现超导性以来,科学家们一直在寻找室温超导体。

  时至今日,全球之所以对室温超导材料关注如此密切,正是因为这项技术一旦得到突破,将有可能彻底改变科学和技术的各方面。


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