Random心想 的讨论

发布于: 雪球回复:13喜欢:85
超导是一种神奇的物理现象,指一些材料在很低的温度下,会让电流无限地流动,而不会有任何损耗或阻力。
这样的材料叫做超导体,它们有很多奇妙的性质和用途,比如可以制造出强大的磁铁、高速的列车、高效的电池等等。
但为什么超导体可以做到这一点呢?
要回答这个问题,我们首先要了解一下电流是怎么产生的。
电流其实就是电子在导体中移动的过程。
电子是一种带负电的微小粒子,它们存在于所有物质中,但是在不同的物质中,它们的活动程度不同。
在绝缘体中,电子被紧紧地束缚在原子里,不能自由移动;
在半导体中,电子可以在一定条件下跳跃到另一个原子上;
在导体中,电子可以脱离原子,自由地在整个材料中流动。
当我们给导体施加一个电压时,就相当于给电子一个推力,让它们朝着一个方向移动,形成了电流。
但是在导体中,电子并不是完全自由的。它们还要面对一个障碍,那就是晶格。
晶格是由原子核和周围的电子组成的一种有规律的排列方式,它们构成了导体的基本结构。
晶格在温度不为零时,会不断地振动和摆动,就像一群排列整齐,在广场上跳舞的大妈。
当电子在导体中流动时,就会遇到晶格的阻挠和碰撞,就像是一个人在大妈中穿行时,会被跳得起劲的大妈撞到或拦住。
这时电子就会失去一部分能量,并且改变方向或速度。这种能量的损失和方向的改变,就表现为导体的电阻和发热。所以在普通的导体中,电流总是会有损耗和阻力,你要穿过大妈们的广场舞阵型,会付出不少的能量,累得满头大汗。
那么电子如何减少能量损失呢?另一个办法就是把温度降低,让广场舞大妈们跳得不那么激烈,这样就不容易撞到了,就可以更快地通过了。
而当把大妈们的温度降到绝对零度附近时,她们就基本上跳不动了,这时候电子就可以顺利地通过,不会有任何电阻和损耗。
另一个办法就是所谓的BCS理论,两个相反自旋(spin)的电子通过交换声子(phonon)而产生一种束缚态,形成一个库珀对(Cooper pair)。
这个库珀对是一种玻色-爱因斯坦凝聚态的玻色子,可以看作一个整体,不会受到晶格的整体效应驱动,可以避免晶格的碰撞和散射。
这就像两个电子发现了大妈们跳舞的阵法,利用她们的波动手拉手贴在一起,和大妈们保持一样的步调和方向,就不会被大妈们撞到,而顺利地穿过广场了。
这种库珀对需要一定的温度、压力、结构和磁场等因素来维持它们的形成和运动,当这些因素超过一定的临界值时,库珀对就会解散,超导体就会失去超导性,变成普通的导体,你们又无法穿过广场舞大妈阵了。
而这次韩国科学家们发现的室温超导体LK-99则没有遵循BCS理论,没有什么库珀对,它由两种不同类型的铅离子(Pb1和Pb2)和磷酸根离子(PO4)组成。
当铜离子替代部分Pb2离子时,就会造成材料的微小收缩和畸变,从而在Pb1和PO4之间形成了一种类似于绝缘层的势垒。当电子在这个势垒上流动时,它们就会利用量子隧穿的效应,穿过这个势垒,从而实现零电阻和零损耗。
这就像有人在大妈中安插了一些奸细,这些奸细大妈在别人跳得起劲,热火朝天的时候却一动不动,一声不吭,形成了一种量子阱,部分电子就趁机从她们那儿隧穿过去,毫无阻碍地形成了电流,从而让材料成为了超导体。
总之,这次韩国科学家发现的室温超导材料,是通过他们导师的非主流理论制取的,没有遵循常规的BCS超导理论,究竟是不是真的实现了,让我们拭目以待吧。[俏皮]

热门回复

2023-08-02 10:09

高手

大妈躺枪了[大笑]

万事不决,量子力学

这种简单易懂的科普一定要赞赞赞

2023-08-02 14:50

转发

牛🐮

2023-08-02 10:05

让子弹飞一会儿。期待各种新科技

[献花花]

这个科普好!通俗易懂[献花花][献花花]