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科普幾句超導(dǎo),不一定對(duì)
發(fā)布時(shí)間:2023-08-02 14:43:23 文章來源:雪球
超導(dǎo)體的主要性質(zhì)是0電阻和抗磁性,0電阻好理解,但是不好測(cè)量;抗磁性

超導(dǎo)體的主要性質(zhì)是 0 電阻和抗磁性,0 電阻好理解,但是不好測(cè)量;抗磁性就是大家說的磁懸浮那個(gè)性質(zhì),這個(gè)好測(cè)量,所以一種新材料是不是超導(dǎo)體,一般測(cè)量抗磁性作為判據(jù)。

LK-99 是不是常溫常壓超導(dǎo)體呢?有可能。目前來看還沒有電性判據(jù)能夠說明常溫常壓下的 LK-99 是超導(dǎo)體,有報(bào)道說電阻很高,比銅的導(dǎo)電性還差,但是測(cè)量體現(xiàn)出來如此之高的抗磁性,不能否定這是超導(dǎo)體的可能性,非超導(dǎo)體具有這么高的抗磁性,確實(shí)不多。


【資料圖】

也有一種可能性,這是一種以前我們不知道的高抗磁性材料,產(chǎn)生高抗磁性的機(jī)理和超導(dǎo)體不一樣。

1. 簡(jiǎn)單解釋一下超導(dǎo)體的機(jī)理。

電子與電子是相互排斥的,同一個(gè)量子體系當(dāng)中不能有兩個(gè)電子處于同一個(gè)量子狀態(tài),這樣很多電子就會(huì)在能量的臺(tái)階上越積越高,這種粒子叫做 " 費(fèi)米子 ",這種相互排斥叫做 " 泡利不相容 "。而以光子為代表的 " 玻色子 ",則不服從泡利不相容,大量的玻色子可以一起堆積在能量最低的狀態(tài)上。

1957 年 BCS 理論解釋了超導(dǎo)體的機(jī)理。在超導(dǎo)體當(dāng)中,由于原子核組成的晶格網(wǎng)絡(luò)的存在,兩個(gè)電子能夠在晶格的幫助下形成動(dòng)量相反的一對(duì),物理學(xué)家把這一對(duì)電子看作一個(gè)準(zhǔn)粒子,叫做 " 庫(kù)伯對(duì) "。庫(kù)伯對(duì)的能量比滿足費(fèi)米子規(guī)則的電子海的能量更低,需要外界輸入能量才能打破庫(kù)伯對(duì),超導(dǎo)體當(dāng)中的電子傾向于形成越來越多的庫(kù)伯對(duì),都待在那個(gè)較低的能量水平上,這就好像兩個(gè)費(fèi)米子結(jié)合成了一個(gè)玻色子,全部堆積到最低能量狀態(tài)上一樣。

需要注意的是,庫(kù)伯對(duì)電子并不是在空間當(dāng)中兩個(gè)電子成雙成對(duì),而是在動(dòng)量空間里面成對(duì)的,也可以說是在希爾伯特空間里面聯(lián)系起來的。

堆積在最低能量狀態(tài)上的一大堆玻色子(庫(kù)伯對(duì)也是),我們叫做 " 玻色 - 愛因斯坦凝聚 ",除了超導(dǎo)體之外,還有一種常提到的例子是超流體,比如液氦,超流體可以永不停息地在環(huán)狀容器當(dāng)中流動(dòng),也可以沒有任何阻礙地穿過任何毛細(xì)管,超導(dǎo)體沒有電阻,超流體沒有粘性。

這樣的物質(zhì),就好像不再是許許多多的粒子組成的,而像是一個(gè)整體,肉眼可見的宏觀物體可以用一個(gè)波函數(shù)來描述了,就好像我們的社會(huì)當(dāng)中每個(gè)人都沒有了自己的思想,全都向著一個(gè)方向進(jìn)行 " 偉大的進(jìn)軍 "。

2. 對(duì)投資有什么影響?

簡(jiǎn)單說就是沒有影響。

劃時(shí)代的材料革命,需要?jiǎng)潟r(shí)代的產(chǎn)品,也需要漫長(zhǎng)的時(shí)間。我舉一個(gè)革命性的材料的例子:不銹鋼。

不銹鋼便宜、結(jié)實(shí)、可回收,全球產(chǎn)量 5500 萬噸。不銹鋼的發(fā)明可以追溯到 1904 年,1912 年 304 不銹鋼前身就拿到了專利,在鋼鐵工業(yè)已經(jīng)非常成熟的前提下,不銹鋼的大規(guī)模使用是 30 年代的事情了,克萊斯勒大廈使用了不銹鋼結(jié)構(gòu),不銹鋼也少量用在飛機(jī)上。

所以就算 LK-99 真的是第一種常溫常壓超導(dǎo)體,要真正商業(yè)化應(yīng)用,可能也是 20-30 年之后的事情。

離我們更近的例子是石墨烯,石墨烯的基礎(chǔ)工作大約是 2004-2005 年之間的事情,2010 年就獲得了諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng),學(xué)界和工業(yè)界不可謂不重視。但是現(xiàn)在石墨烯有哪些大規(guī)模應(yīng)用呢?還只是在部分材料如電池電極當(dāng)中作為少量改性成分存在而已。

至于說石墨烯對(duì)石墨有多大的帶動(dòng)作用,更是天方夜譚,所以 LK-99 的主要成分,鉛或者銅,需求應(yīng)該也沒什么太大變化。

順便說一句,BCS 理論的提出者,巴丁、庫(kù)伯、施瑞弗 1972 年獲得諾貝爾獎(jiǎng),之后幾十年超導(dǎo)體才有一定的應(yīng)用。這還是物理學(xué)當(dāng)中離實(shí)踐最近的材料學(xué),基礎(chǔ)研究到商業(yè)化應(yīng)用,很少有 30 年之內(nèi)快速發(fā)展的例子。

3. 開個(gè)腦洞。

既然庫(kù)伯對(duì)是 2 個(gè)費(fèi)米子電子結(jié)成一對(duì),表現(xiàn)出玻色子的性質(zhì),形成玻色 - 愛因斯坦凝聚,那么有沒有可能有 4 個(gè)電子、6 個(gè)電子結(jié)成玻色子性質(zhì)的準(zhǔn)粒子呢?有沒有可能 LK-99 只是一種高抗磁性物質(zhì),而不是超導(dǎo)體呢?

既然宇宙中存在著所有的電子都處于簡(jiǎn)并態(tài)的物質(zhì)(白矮星就是電子簡(jiǎn)并態(tài)物質(zhì)),那么從 2 個(gè)電子構(gòu)成準(zhǔn)粒子,到 4 個(gè) 6 個(gè)電子,一直到許許多多個(gè)電子構(gòu)成準(zhǔn)粒子,似乎也不是那么奇怪的一件事情嘛。

我就皮一下

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