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实现无损电力的新途径

 

 

来源:Brookhaven National Laboratory

在超导状态下,电流能不受任何阻力自由流动,这是由于在钡铁砷中部分铁原子被钴原子代替后,使得成键电子重新分布,引起电子和原子行为的改变形成的。这一替代—诱导电荷再分配的发现证明了铁基合金中成键(和相关联的电子的波动)对超导突出作用。它表明通过工程学和优化材料中原子的电子密度是提高材料超导特性的新思路。

普通金属和导电材料中电流的流动得益于电子;然而,当它们导电时,载流子是被散射的,从而导致了能量以热能的形式发生损失。在超导体中,情况则不同,材料中的电子成对儿无损地通过材料,消除了能量损失,从而增加了电流效率。

获得这样的电子对的挑战是如何克服电子间相互排斥的倾向。一种解决方案是利用电子极化特性,在电子之间产生相互吸引力,从而为形成电子对创造条件,实现电流的无损流动。这样的机制差不多五十年前就已经被提出,但是从来没有被实验证实。布鲁克海文国家实验室的科学家通过亚原子电子衍射技术已经绘制出了钡铁砷掺杂钴元素前后轨道电子重新分布的图样。

实验结果表明:掺杂钴元素以后,铁和砷原子周围电荷分布显著增加了。该实验采用电子能量损失谱来测定钴元素电荷注入的效果,而采用密度泛函理论模拟电子和原子的行为。钴掺杂后铁和砷元素周围电荷的重新分布表明,电子键的波动和电荷分离可为高温超导提供新的理论机制。这些实验结果也许会指引新的超导体的诞生。

新材料在线编译整理——翻译:杨超    校正:摩天轮

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