Глава 848. Механизм комнатной сверхпроводимости •
Проводив двух академиков, Сюй Чуань взял со стола отчет о развитии Шанхайского института математики и междисциплинарных исследований, покачал головой и бросил его в шкаф для всякой всячины.
Если бы речь шла просто о развитии фундаментальной науки в стране, он бы, конечно, поддержал обеими руками.
Возможно, Шанхай действительно поддерживает развитие фундаментальной науки, подготовка и привлечение кадров всегда были в центре внимания страны.
Но путь, который они выбрали, немного кривой.
Хотя в академическом или научном мире переманивание людей - это не новость, но переманивание - это одно, а Шанхай хочет не только переманить людей.
Они хотят не только использовать чужие яйца, чтобы высидеть своих цыплят, сотрудничая и используя ресурсы других институтов для обучения своих людей, но и пытаются утащить курицу вместе с яйцами.
Такой подход, честно говоря, не очень приятен.
Сидя за столом, Сюй Чуань достал из ящика теорию комнатно-сверхпроводящих материалов, которую он переписал вчера.
Хотя с точки зрения этой эпохи, не говоря уже о комнатной сверхпроводимости, даже механизм высокотемпературной сверхпроводимости был создан только после того, как он завершил работу над сильными корреляционными эффектами.
Но с его точки зрения, механизм комнатной сверхпроводимости не является чем-то неизвестным.
Хотя комнатно-сверхпроводящие материалы, разработанные в прошлой жизни, имели немало недостатков, но с помощью экспериментальных данных можно было разобраться в соответствующем механизме.
Не все, но, по крайней мере, можно было собрать часть экспериментальных данных и соответствующих эффектов, связанных с механизмом образования комнатной сверхпроводимости.
И теория, которую он переписывал в последние два дня, как раз и была этой частью.
Сверхпроводимость - это квантовое явление, ключ к которому заключается в том, что электроны образуют симметричные куперовские пары, избегая взаимных столкновений электронов, которые приводят к сопротивлению.
А в комнатной среде тепловое движение нарушает симметрию куперовских пар, что приводит к разрушению сверхпроводящего состояния.
Чтобы реализовать комнатную сверхпроводимость, он нашел в области физики конденсированного состояния и материаловедения способ подавления теплового движения.
А именно, теорию конструкции локализации конденсированных электронов.
Экспериментальные исследования показывают, что управление структурой кристаллической решетки является одним из ключевых факторов реализации комнатной сверхпроводимости. Путем искусственного проектирования структуры кристаллической решетки материала можно эффективно уменьшить разрушительное воздействие теплового движения на куперовские пары, тем самым реализуя комнатную сверхпроводимость.
Кроме того, в ходе исследований комнатной сверхпроводимости Сюй Чуань также обнаружил, что введение локальных электронных пар в некоторые специфические материалы может повысить критическую температуру сверхпроводимости материала, приблизив ее к комнатной.
Высокотемпературный медно-углеродно-серебряный композитный сверхпроводящий материал основан на локальном спаривании электронных пар для повышения критической температуры сверхпроводимости.
Даже спустя несколько лет после появления и исследований во всем мире, он по-прежнему сохраняет первое место по совокупности свойств, что свидетельствует о его превосходных характеристиках.
Взгляд Сюй Чуаня, устремленный на механизм исследования комнатной сверхпроводимости, был полон раздумий.
"Конструкция локализации электронов в основном связана с тем, что электроны в твердых материалах занимают определенные положения с определенной энергией, это электронные состояния в твердых материалах, связанные с определенными положениями и имеющие определенную энергию."
"И когда электрон занимает это состояние, он привязан к определенному положению с определенной энергией. В неупорядоченных твердых телах из-за нарушения периодичности возникают локализованные состояния с хвостами. Дефектные состояния в материалах или электронные состояния на донорных и акцепторных примесях, или состояния с хвостами в сильно легированных полупроводниках - все это локализованные состояния."
"Такие локализованные электронные состояния являются ядром комнатно-сверхпроводящих материалов, они не только придают материалам сверхпроводящие свойства при комнатной температуре, но и в определенной степени закрепляют физические свойства материалов."
Его медно-оксидный хромо-серебряный сверхпроводящий материал подвергся влиянию этого механизма, стал труднообрабатываемым, сложным в промышленном производстве, сверхпроводящий слой на поверхности материала легко теряет сверхпроводящие свойства при вибрации и ударах и т.д.
Это физические свойства, на которые влияет микроскопический уровень, он придает сверхпроводящие свойства, но в то же время создает дефекты, которые чрезвычайно трудно изменить.
Даже высокотемпературный медно-углеродно-серебряный композитный сверхпроводящий материал становится хрупким, как керамика, из-за локального спаривания электронных пар.
Позже его оптимизировали с помощью упрочнения графеном и вискерами (волокнами).
Так как же можно оптимизировать медно-оксидный хромо-серебряный сверхпроводящий материал с помощью легирования?
Уставившись на рукопись на столе, Сюй Чуань погрузился в размышления.
Физика конденсированного состояния - это дисциплина, изучающая микроскопическую структуру физических тел и взаимосвязи между ними.
То есть, изучая формы движения и закономерности электронов, ионов, атомов и молекул, составляющих конденсированное вещество, можно познать его физические свойства.
Механизм комнатно-сверхпроводящих материалов был создан с помощью физики конденсированного состояния.
Но чем глубже погружаешься в микромир, тем более детализированными становятся физические свойства материалов, и каждое изменение детали может привести к серьезным изменениям физических свойств материала в целом.
Это и есть самая большая головная боль Сюй Чуаня.
Медно-оксидный хромо-серебряный сверхпроводящий материал более хрупкий, чем керамика, его пластичность еще более затруднена, сверхпроводящий слой, которого следует избегать, при повреждении теряет большую часть сверхпроводящих свойств и т.д. - все это недостатки, которые необходимо оптимизировать.
Одну проблему решить легко, можно постоянно экспериментировать и пытаться оптимизировать, количественные изменения переходят в качественные, и со временем всегда можно найти решение.
Но когда несколько проблем переплетаются, становится сложно.
Хотя материаловедение - это наука, но по сравнению с другими дисциплинами, эта дисциплина больше зависит от удачи.
Иногда ты делаешь сто экспериментов, а кто-то другой справляется за один раз.
У удачливых европейцев в этой дисциплине действительно больше шансов на успех.
Сюй Чуань не думал решать проблему оптимизации медно-оксидного хромо-серебряного комнатно-сверхпроводящего материала с помощью теории, но он хотел использовать теорию, чтобы найти одно или несколько приблизительно осуществимых направлений исследований для этих проблем.
По сути, это перенос экспериментальных трудностей на более удобные для него теоретические исследования, для него такой подход будет более прорывным.
На самом деле, он уже не в первый раз так делает.
Еще во время исследований литий-серных батарей и технологии управляемого термоядерного синтеза в стеллараторе он делал то же самое, перекладывая экспериментальные и инженерные трудности на теорию, добиваясь прорыва.
На этот раз Сюй Чуань тоже собирался так поступить, но, проработав два дня, он не имел ни малейшего представления о том, как изменить свойства медно-оксидного хромо-серебряного комнатно-сверхпроводящего материала.
"Ладно, сначала сделаю материал, а потом посмотрим."
Собрав рукописи со стола, Сюй Чуань покачал головой и засунул их в сканер.
"Сяо Лин, помоги мне привести в порядок информацию из этих рукописей."
В правом нижнем углу экрана компьютера появилось небольшое окно чата.
"Принято! Хозяин (ov)ノ."
Взяв со стола чашку с зеленым чаем и отхлебнув, Сюй Чуань уставился на компьютер.
Раньше ему приходилось самому возиться с рукописями два-три дня, а теперь Сяо Лин справляется с этим меньше чем за десять минут. Пока он пил чай, Сяо Лин уже привела в порядок соответствующие материалы.
"Хозяин, материалы готовы!"
Появилось маленькое окно чата, Сюй Чуань взял мышку, открыл документ, который был приведен в порядок на рабочем столе, и внимательно проверил его.
Убедившись, что все в порядке, он удовлетворенно кивнул и сказал: "Отдели первую страницу до двадцать седьмой страницы, назови это "Теория конструкции локализации конденсированных электронов", а затем распечатай в трех экземплярах."
Сяо Лин: "Принято, материалы отделены. Идет печать..."
Посмотрев на окно чата на экране, Сюй Чуань достал из кармана телефон и отправил Чжэн Хаю сообщение.
"Приезжай в учебный корпус, отвези меня в Институт материалов Чуаньхай."
Пришло время продвинуть исследования в области сверхпроводящих материалов на шаг вперед.
Цзиньлин, новый район развития Цисяшань.
Вокруг Института материалов Чуаньхай сейчас построен новый промышленный парк, в котором разместилось немало компаний и предприятий.
В штаб-квартире Института материалов Чуаньхай Фань Пэнъюэ, который заранее получил сообщение, ждал в своем кабинете. Увидев Сюй Чуаня, он быстро встал и с улыбкой поздоровался.
"Приехал?"
"Угу." Сюй Чуань кивнул, его взгляд остановился на двух других исследователях в кабинете.
Обоих он знал, первый был знакомым, один из главных исследователей, работавших над высокотемпературным медно-углеродно-серебряным композитным сверхпроводящим материалом, Сун Вэньбо.
Другой, Гун Чжэн, также занимался исследованием сверхпроводящих материалов, но его направление исследований заключалось не в том, как создать сверхпроводящий материал, а в том, как оптимизировать уже существующие результаты.
Этих двоих Сюй Чуань попросил брата Фаня выбрать из института, у них чистая репутация, им можно доверять, они будут помогать ему в исследовательской работе над медно-оксидным хромо-серебряным комнатно-сверхпроводящим материалом.
"Академик Сюй."
"Академик Сюй."
Увидев Сюй Чуаня, Сун Вэньбо и Гун Чжэн быстро встали с дивана и почтительно поздоровались.
Сюй Чуань кивнул, достал из своего рюкзака распечатанный документ "Теория конструкции локализации конденсированных электронов" и раздал каждому по экземпляру.
"У вас есть полчаса, чтобы бегло просмотреть эту теорию, а затем я дам вам задание."
Услышав это, Фань Пэнъюэ и двое других с любопытством взяли документы из рук Сюй Чуаня и начали просматривать их.
"Это?"
Увидев заголовок, брат Фань с любопытством посмотрел на Сюй Чуаня, в его глазах читался вопрос.
Сюй Чуань с улыбкой сказал: "Предположение о теоретическом механизме комнатно-сверхпроводящих материалов, ну, по крайней мере, его части, это и есть задача этого исследования."
Услышав это, трое, просматривавших документы, затаили дыхание, материалы, которые казались легкими, теперь казались тяжелыми, как десять тысяч цзиней.
Теоретический механизм комнатно-сверхпроводящих материалов!
Если в мире материалов и есть материал, который можно назвать жемчужиной в короне материаловедения, то это, несомненно, комнатно-сверхпроводящий материал.
Конечно, это не один материал, а определенный класс материалов.
Материалы, способные реализовать комнатную сверхпроводимость, можно назвать комнатно-сверхпроводящими материалами, это в широком смысле.
Если говорить более узко, то только материалы, способные реализовать сверхпроводимость при нормальной температуре и давлении, можно назвать комнатно-сверхпроводящими материалами.
Если бы его удалось реализовать, это оказало бы огромное влияние на науку и технику.
Например, магниты, изготовленные из комнатно-сверхпроводящих материалов, могут использоваться в электродвигателях, ускорителях частиц высоких энергий, транспорте на магнитной подвеске, управляемом термоядерном синтезе, хранении энергии, кабелях связи и антеннах и т.д., их характеристики превосходят характеристики обычных материалов.
Полная диамагнитность материала также позволяет создавать гироскопы и подшипники без трения.
А эффект Джозефсона позволяет создавать ряд прецизионных измерительных приборов, а также детекторы излучения, генераторы микроволн, логические элементы и т.д.
Хотя в эпоху, когда технология управляемого термоядерного синтеза уже реализована, важность самого важного свойства комнатно-сверхпроводящих материалов в области электроэнергетики значительно снизилась.
Но если бы его удалось реализовать, это все равно могло бы кардинально изменить развитие общества и технологий.
И хотя концепция комнатной сверхпроводимости привлекла много исследований и инвестиций, до сих пор нет убедительных доказательств того, что комнатная сверхпроводимость была достигнута.
В прошлых исследованиях некоторые сообщения о том, что были обнаружены комнатно-сверхпроводящие материалы, позже оказались неточными или условия были настолько специфическими, что их невозможно было применить на практике.
Некоторые заявители отказались раскрыть метод синтеза материала, другие опубликованные методы синтеза "комнатной сверхпроводимости" не могли быть независимо воспроизведены другими исследовательскими группами, а некоторые исследовательские работы были отозваны после широкой критики.
Например, самое последнее сообщение о комнатно-сверхпроводящем материале, несомненно, относится к южнокорейскому материалу (lk-99)pb-cu-p-o.
В свое время нашумевший комнатно-сверхпроводящий материал lk-99 был собственноручно уничтожен их боссом, знаменитым академиком Сюй.
И теперь он лично передал им в руки теоретический механизм комнатной сверхпроводимости.
Подавив шок в сердце, Сун Вэньбо сглотнул воздух, его взгляд быстро пробежал по статье в руках.
"...Искусственное проектирование структуры кристаллической решетки материала, уменьшение разрушительного воздействия теплового движения на куперовские пары..."
"Псевдощель, разделение заряда и спина, линейное сопротивление, сильные флуктуации сверхпроводящей фазы... объяснение регулярного расположения в кристаллической решетке пространственной группы (sg) сверхпроводящих материалов с помощью теории большого объединения сильно коррелированных электронных систем."
"Это объяснение механизма комнатной сверхпроводимости с помощью теории единой структуры сильно коррелированных электронов и теории БКШ?"
Быстро пролистав статью в руках, Сун Вэньбо задумался.
Как исследователь в области материалов, он, естественно, читал теорию единой структуры сильно коррелированных электронов, которую в физике конденсированного состояния называют "Библией".
И эта теория конструкции локализации конденсированных электронов не только объясняет механизм комнатной сверхпроводимости, но и объединяет теорию единой структуры сильно коррелированных электронов и теорию БКШ посредством локального спаривания электронов и эффекта регулярности в кристаллической решетке пространственной группы (sg) сверхпроводящих материалов.
Но как объяснить проблему предварительного спаривания решетки комнатной сверхпроводимости, в этой статье, похоже, не упоминается?
Однако, поскольку он просматривал статью быстро, он не был уверен, не написано ли это в статье, или он пропустил.
Задумавшись, он быстро перевернул статью к началу и начал читать заново.
Статья не очень длинная, всего около тридцати страниц, при быстром просмотре перечитать ее не составит труда.