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室温下的超导性仍然是科学界尚未解决的挑战。欧洲杯线上买球在环境温度下工作的超导体在输电过程中可能有能力减少近5%的能量耗散。这将带来大规模能量传输和小规模计算系统能量使用的范式转变，同时它也可以作为一个能量存储库。室温超导体具有彻底改变能源工业的潜力。
什么是室温超导体?
超导体是一类特殊的材料，在特定的阈值温度下具有零电阻的电子传输。欧洲杯足球竞彩
这个阈值温度称为“临界温度”或Tc简而言之。一般来说，任何具有以下特征的材料都可以称为超导体Tc：
室温超导体可以在0以上的温度下工作◦C.尽管这不是严格意义上的“室温”，但这是冰形成的温度，也是最容易达到的温度。
超导材料的一些例子是什么?欧洲杯足球竞彩
到2019年，在这些材料中最有前途的是十氢化镧(LaH欧洲杯足球竞彩10)，其最高转变温度记录在−23°C/ 250 K。
此前已知硫化氢的最高操作温度为−70°C/ 203 K。相对于大气压，铜酸盐化合物在约−135°C/ 138 K下表现出超导性。另一方面，三元超氢化物在250 GPa下可达到约200°C/ 473 K的高温，远高于大气压。
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室温超导性的起源
超导电性的起源最早由金兹堡-兰道理论解释。对超导现象的更精确的微观解释可以从巴丁，库珀和施里弗(BCS)理论推导出来。
BCS理论起源于库珀先前提出的一个概念，即物质的基态相对于“束缚”电子对是不稳定的。这些“束缚”电子也被称为库珀对，是由电子-声子相互作用形成的，声子是晶格振动的量子。
正离子晶格中的电子会扭曲其周围的晶格，在其周围形成一个正电荷密度更高的区域。晶格中另一个距离电子被电荷畸变吸引。电子被晶格振动间接地吸引到彼此之间，充当两个电子之间的一种粘合剂。所有这些都发生在更低的温度下，通常低于这个温度Tc．
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Cooper对在超导体内无电阻传输的原因可以从两个方面来解释:
- 从数学上讲，库珀对比晶格中的单个电子更稳定，同时它承受的阻力更小。
- 从物理上讲，库珀对比单个电子更能抵抗晶格振动，这是由于将电子对粘在一起的胶水。它们通过晶格传输，相对不受下面电子-声子相互作用的影响Tc．
然而，BCS理论只能预测的理论最大值Tc在30-40 K左右。在此之上，高热能将导致高能量的电子-声子相互作用，这可能不允许库珀对的形成或维持。解释高温超导性的机制仍有很大的争议。
室温超导体的研究:年代学
在缺乏对室温超导机理的详细了解的情况下，只有渐进的进展。
第一个超导体是被冷却到超低温的汞(Hg)，是由海克·卡莫林·昂尼斯发现的。他发现，当汞被放置在液氦容器中并冷却到非常低的温度时，它的电阻突然降为零。
1987年，瑞士苏黎世IBM的Alex Müller和Georg Bednorz发现了高温超导体。这是一种新的陶瓷化合物，由铜和氧制成，并与其他元素混合，如镧(La)、钡(Ba)和铋(Bi)。只有极少量的电流可以通过它们。
最近，德国莱比锡大学(University of Leipzig)的一组研究人员在Pablo Esquinazi博士的带领下发现了一种二维石墨烯结构，该结构在室温及以上条件下显示出显著的电子传输特性。
研究小组用水浸泡石墨片，诱导更多的自由电子将超导性引入由六角形晶格的碳原子层构成的结构中。
镧超氢化物等化合物被认为是传统的超导体，它们的超导性能自20世纪50年代以来就得到了承认。
2018年，华盛顿特区乔治华盛顿大学的拉塞尔·海姆利和他的团队报告称，观察到他们合成的“超氢化物”材料在7°C时电阻突然下降。它是一种与La (LaH)一起含有大量氢的化合物10）．
这种下降是超导性的标志。他们在阿贡国家实验室的同步加速器束中放置了一个钻石砧。他们利用铁砧上的钻石尖，将压力提高到200 GPa，从而挤压出极小的镧和氢样本。然后对化合物进行加热，其结构随导电性能的变化而变化。该过程采用x射线衍射监测。
他们产生了一种叫做LaH的新结构10这是该团队和其他人之前模拟和研究过的。这种结构能在很高的温度下超导。然后在高压下冷却材料，并测量其电子性能。
在某些情况下，当温度为7°C/280 K时，电阻下降。然而，在后续的实验室实验中，过渡温度低于7°C，但仍是令人印象深刻的-23°C。
2019年，美国海军的Salvatore Cezar Pais获得了一项专利，该专利表明，室温超导体可以使用一根线，其绝缘体核心涂覆PZT铝(锆钛酸铅)，厚度约为伦敦穿透深度。
采用真空蒸发法沉积涂层，沉积后对涂层进行极化。他指出，当一个电磁线圈沿涂层的圆周位置放置时，会产生非线性振动，当线圈被脉冲电流激活时，就能实现室温超导性。
锆钒氢化物的中子散射实验
2020年，另一个国际研究团队与来自Empa研究所(瑞士联邦材料科学与技术实验室)、苏黎世大学、波兰科学院、伊利诺伊大学芝加哥分校和美国能源部橡树岭国家实验室(ORNL)的科学家，欧洲杯足球竞彩欧洲杯线上买球在ORNL进行了常压和5 ~ 250 K温度下锆钒氢化物(ZVH)的中子散射实验。
这导致首次观测到金属氢化物中极小的氢原子距离~ 1.6埃。其预测值为2.1埃。
金属中所含的氢会影响它们的电子性质，人们发现它们在非常高的压力下开始超导。紧密间隔(< 2.1埃)的氢原子间排列是很有前途的。
ZVH是一种便宜、稳定的金属，这一事实增加了这一发现的潜力。该团队进行了计算机模拟和额外的实验，以证明只有当氢原子之间的距离接近2.0埃时，才会出现意想不到的光谱强度，而这在环境压力和温度下的金属氢化物中从未观察到。这是双金属合金中第一个已知的Switendick标准的例外，该标准指出，对于在标准温度和压力下稳定的氢化物，H-H距离从不小于2.1埃。
在研究室温超导性时，纽约州立大学宾厄姆顿大学的Pegor Aynajian教授的团队建造了一个扫描隧道显微镜(STM)来帮助他们观察有关材料表面的电子。这可能有助于理解电子如何结合(库珀对)并在原子尺度上产生超导性。
早已有人预测，在高温超导体中电子也会成对出现。因此，对高温超导体如何工作的精确答案可能会导致更精确的室温超导性。
超导性-在室温下无电阻的挑战
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室温超导性能的研究与应用前景
室温超导性是一种难以捉摸而又令人兴奋的现象，如果能大规模地理解和实现这一现象，将会节省数十亿美元用于能量传输的浪费热量。它可能还有其他潜在的应用，比如能源储存，可以为城市供电，并大幅减少温室气体排放。
其潜在应用的规模是无法想象的，因此，需要做更多的研究来了解如何在更高的温度下将电子粘合在一起以实现无电阻传输。
参考资料及进一步阅读
布里斯托尔大学。BCS超导理论。(在线)可以在:http://www.chm.bris.ac.uk/webprojects2000/igrant/bcstheory.html(2020年6月23日通过)。
Aynajian, p . (2020)室温超导体可以彻底改变世界能源(在线)逆。可以在:https://www.inverse.com/欧洲杯线上买球science/room-temperature-superconductors(2020年6月23日通过)。
Scheike, T.， Böhlmann, W.， Esquinazi, P.， Barzola‐Quiquia, J.， Ballestar, A. and Setzer, A.(2012)掺杂石墨能触发室温超导性吗?水处理石墨粉颗粒高温超导性的证据。先进材料欧洲杯足球竞彩24: 5826 - 5831。https://doi.org/10.1002/adma.201202219
卡特,t (2019)美国海军申请室温超导体专利[网络]Phys.org。可以在:https://phys.org/news/2019-02-navy-patent-room-temperature-superconductor.html(2020年6月23日通过)。
madury Somayazulu, Muhtar Ahart, Ajay K. Mishra, Zachary M. Geballe, Maria Baldini, Yue孟，Viktor V. Struzhkin和Russell J. Hemley。(2019)兆巴压力下超过260 K的超氢化物镧超导性的证据。物理评论快报．122年,027001年。https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.122.027001
Russell J. Hemley等(2020)金属氢化物中H-H距离异常的非弹性中子散射证据。PNAS．117(8) 4021 - 4026。https://doi.org/10.1073/pnas.1912900117
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