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作者 ijsfkira (ijsfkira)
標題 Re: [新聞] 超導電池 充1次用一輩子
時間 Wed Feb 19 14:41:37 2014

推 intotherain:室溫超導這瓶頸早卡了二三十年了  現在廣告是要炒股嗎02/19 13:15

這一方面是對的 自從銅氧超導的發現以來

基本上再也沒有臨界溫度更高的體系被發現

但另一方面 卻也不能夠理解為什麼吳茂昆最近幾年如此興奮的原因


簡單的解釋超導

超導有兩個特徵 第一個是近乎無電阻

認真說來 並不是說電阻很接近完全是0

而是其實它沒有傳統電子傳輸理論中電阻的定義

因為隨便一加電場 電流都可以很快的無限上升

第二個特徵則是完全抗磁性


但實際上也不是真正的抗磁性

首先是 其實邊界還是會有一些磁性 只是很快地就可以衰減到近乎0

另外某一類的超導體會容許磁場一叢一叢的穿透過超導體

真正想要利用超導來傳輸電流 還是會受到這些磁場通量的影響

基本上據我所知高溫超導不少屬於這一類

因此並不只是單純看超導的臨界溫度就能比較出商業價值
(當然要考量的因素很多 像化合物好不好做出來之類的)



微觀上怎麼理解超導現象一直是對物理學家極為困難的挑戰


從常規超導的發現到第一個成功解釋常規超導的理論 經過了五十年以上

超導可以直觀想像成電子無受阻礙的流動 但是電子間有斥力 到底為什麼會無阻礙流動呢?

巴丁等人是第一個提出成功解釋這個現象的物理學家 他們的理論現在被稱為BCS理論


各位可以想像 雖然電子間有斥力

但同時電子也會通過一個帶正電的晶格離子 進而擾動這個正電離子

而當有另外一個反向通過的電子 經過了偏離本來位置的正電離子

會受到比沒偏移時更強的正電離子的吸引力

如果這個吸引力大過於電子間的排斥力

等效而言 就可以看成兩個電子互相有吸引力 這兩個成對電子就稱為Cooper pair

於是現在系統裡就有一大堆的電子對

剩下發生的就完全是量子效應 無法在這裡詳細說明

總之結論就是這些電子對之間可以無阻礙並一致性的流動 形成超導體


從這個BCS理論 可以大概估計出 超導體的臨界溫度上限只能是40K

而能被BCS理論所描述的超導體 就被稱作常規超導



第一個非常規的固態超導系統 認真說來 不是銅氧超導

而是在重費米子體系所發現 不過這個體系的臨界溫度太低了(至今為止不超過20K)

沒甚麼值得引起多數人關注的價值

但是 在八零年代後半 在銅氧化合物發現了超導現象

引起了極大的關注

不僅單存只是因為這類體系有超導體的臨界溫度可以突破到100K而已

而因為沒人想過 原來從某個反鐵磁性的"絕緣體"

慢慢參雜一些電子或電洞 竟然可以形成超導體 而且臨界溫度如此之高!

銅氧超導的發現對於超導理論是個極大的挑戰

也對凝態理論界本身引起了一些不小的影響

不過總之目前沒有一個銅氧超導理論的共識



那麼 自從九零年代以後 就像這位版友所說的

超導的研究停滯了二十來年

那麼吳茂昆究竟這幾年在高潮甚麼呢?

答案是 06年的時候 新體系的非常規超導體在日本被發現了

而且是在原本沒人預期的鐵基化合物上發現的

就如同上面所提到的 超導體基本上是排斥磁性的

沒有人會期待帶鐵磁性的物質中觀察到超導 何況是突破40K以上的超導體

但是 我上面也說了 如果對於反鐵磁銅氧化合物做參雜 依然可以得到超導

所以磁性和超導本身也沒似乎絕對


關於磁性跟超導的真正關係 依然是一個謎－

某些物理學家甚至認為是高溫超導之謎的關鍵所在



據我所知 目前鐵基超導最高的臨界溫度大概只有60K左右

我也不太清楚再把臨界溫度上升從實驗上來看容不容易

而且似乎像吳茂昆所說的 把晶格排序弄複雜 得到較高的臨界溫度

其實也不是第一次的概念

我也不太清楚新聞講的好像是驚天動地的突破是為什麼XD

但也許吳茂昆最近的這個發現有其應用上的便利之處就是了

然而 我想最讓這些傳統做超導體出身的實驗學家最近幾年如此高興的

是發現了這種新體系的非常規超導體

因為就連一般人都知道室溫超導的研究停滯了很久XD

在凝態實驗中現在會跑去走這一行的也比當時少很多XD



這個領域最困難的 無論是理論或者實驗 就是在於

你不太能找到任何一個基本的起點來出發 直接進行邏輯推導或預測

因為我們的典範理論通常都失效或沒甚麼太大用處了

所以這就是為什麼 就連費曼這樣的理論物理高手

都會在追尋常規超導體機制的競賽中吃鱉

實驗也是一樣情況

所以才沒有人預期到銅氧 也沒有人預期到鐵基 會存在超導態 你只能一直嘗試

同樣的 也沒有人知道是不是會有另外一類體系的超導體被發現

或許當那一天到來 高溫超導的秘密 以及如何商業應用它們的那天

也不遠了......吧?



當然 理論物理學家並不只是因為超導體有甚麼應用價值而言就研究它們而已

而是因為 人們在BCS理論中學到的物理實在是太多了 並不只是侷限在超導現象而已

例如說 希格斯機制本身就可以看做是超導的機制

事實上這個機制之所以能被理論學家所建立的歷史過程 和BCS脫離不了關係

超導體之所以抗拒磁性 可以看成是光子在超導體中獲得了質量 因此不會無限傳播

在這樣的想法下 其實而宇宙本身就是一個"超導體" 讓一般的粒子也獲得了質量

某些理論物理學家的幻夢 就是期望高溫超導背後有個相當統一的理論

並且從這個理論中 我們又可以新學到一些更廣大的嶄新觀念

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※ 發信站: 批踢踢實業坊(ptt.cc)
◆ From: 109.201.152.242
推 twod758:o'_'o1F 02/19 14:42
→ sheagia:o'_'o2F 02/19 14:42
→ CCFACE:看無～ 只能推3F 02/19 14:43
推 paleomort:居然在這種地方發這種文，推一下。4F 02/19 14:43
推 jimmily:對，跟我想得一樣5F 02/19 14:44
推 a24320978:快推 不然被說文組看不懂6F 02/19 14:44
推 Israfil:幹身為理組的我也一樣看不懂啊  是不是應該找個牆壁去撞7F 02/19 14:44
推 Willian123:長知識8F 02/19 14:44
推 Sensitive:有點混亂 感謝你的心得9F 02/19 14:45
推 ohsshhiitt:我想講的被你先說完了只好跟推了10F 02/19 14:45
推 pack1:     我想講的被你先說完了只好跟推了11F 02/19 14:45
推 bluesky95622:恩 我的看法跟您相同12F 02/19 14:46
推 dafo:長知識13F 02/19 14:46
推 wl843907:這不是大家都知道嗎14F 02/19 14:47
推 Simonfenix:幫推15F 02/19 14:47
推 silentence:ψ(._. ) 好科普文16F 02/19 14:47

有時候我會試著盡量寫的能讓這裡的大家懂
可是首先我個人時間跟能力有限 再來我不像版上強者東健哥一樣善於畫圖
何況有些觀念真的不容易解釋給一般人
因此有時候反應就不太好

我想我真的想做的其實不是要"讓大家真的完全懂" 畢竟我也做不到
而是希望 能把這些東西 對物理學家的真正意義與價值 為什麼物理學家感到興奮
盡量地表達給大家

推 gasbomb:等等 文組可以發問嗎? 我看不懂西格斯粒子跟超導體的關係17F 02/19 14:47

是的 因為要講清楚不太容易 簡單的說 因為某個對稱性的關係 光子其實不帶質量的
但是由於超導體破壞了這個對稱性 因此獲得了質量

但這個對稱性在粒子物理中很重要 你沒辦法直接手動在理論中直接破壞掉它
於是 希格斯機制就是 由於希格斯粒子的存在 而如同超導體一般的破壞了這種對稱性
進而讓一般粒子也獲得質量
※ 編輯: ijsfkira        來自: 109.201.152.242      (02/19 14:53)
→ gasbomb:可以再詳細說明嗎? QQ18F 02/19 14:47
推 t77133562003:公園的掃地阿伯也是這樣說  推19F 02/19 14:47
→ uhmeiouramu …
推 uhmeiouramu:還可以 幾個地方講得有點籠統 不過可圈可點20F 02/19 14:47
推 ji394su33000:恩 大概就是這樣了21F 02/19 14:47
推 ArSaBuLu:所以我手上這根被我啃了一口的熱狗也有可能是超導體囉?22F 02/19 14:48
推 zppoi:嗯嗯  說的很對23F 02/19 14:48
→ MiuLove:基本上同意,唯一想請問超導跟超魔導差別在哪裡?24F 02/19 14:48
推 LostAnarchy:推25F 02/19 14:49
推 creepy:對，跟我想得一樣 (啥小)26F 02/19 14:49
推 TxKxZeke:嗯嗯嗯~跟我想的一模一樣!27F 02/19 14:49
推 panzerbug:常溫超導商用價值，像是作patlabor?28F 02/19 14:49
→ Israfil:石墨超導體和這個你覺得哪個比較有可用性29F 02/19 14:49
→ sdiaa:可以用漢字寫一遍嗎30F 02/19 14:49
推 SRNOB:我找到了常溫超導體的體系 可惜推文太短寫不下31F 02/19 14:49
推 suckpopo:跟我理解的一樣，不過ptt推文的空白太少，我沒法再補充了32F 02/19 14:50
推 tp950016:嗯 跟我想的差不多嘛33F 02/19 14:50
→ kitakore:所以看到記者寫室溫超導體就笑了...高溫跟室溫差很多的34F 02/19 14:50
→ Israfil:推文寫不下可以用回文.....35F 02/19 14:50
推 DoctorJ:專業！比某個物理神經病寫的好多了36F 02/19 14:51
推 ivan0618:就算你是唬爛的我也跪了37F 02/19 14:51
推 PELJE:嗯，原Po的想法跟我差不多38F 02/19 14:51
推 gh34163:\推宅蛙39F 02/19 14:51
推 mobilx:推 看八卦學知識40F 02/19 14:52
推 popopin:鐵基超毒的 顆顆41F 02/19 14:52

對阿 聽說中國不怕 很敢做 所以在這領域進展很快XD

→ AFROGUNSO:寫得還不錯，淺顯易懂42F 02/19 14:52
推 zaknamic:我去問一下路西恩他對這方面有沒有想法43F 02/19 14:52
※ 編輯: ijsfkira        來自: 109.201.152.242      (02/19 14:54)
推 waynex:專業推44F 02/19 14:54
推 birbir555:我想說的你全說了 只好給推了45F 02/19 14:54
推 yichenglee:幹 這就是我上學期期末報告的主題46F 02/19 14:54
推 GodIronman:認真給推!! 長知識47F 02/19 14:54
推 mbtvsbmp:原po是材料工程出身的?小弟是理工科的但是中後面完全不懂48F 02/19 14:54
※ 編輯: ijsfkira        來自: 109.201.152.242      (02/19 14:58)
推 sky71030706:文組看不懂.....49F 02/19 14:55
推 winterson:就封你做超導皇了50F 02/19 14:55
推 turbomons:可以理解成目前超導體新材料只能用試誤法去做嗎?51F 02/19 14:55
推 TxKxZeke:修文解釋希格斯粒子那段根本就是科幻小說阿XDDD52F 02/19 14:56
推 STi2011:痾....看有我輸你53F 02/19 14:56
推 zz7856132:快推 不然別人以為我們看不懂54F 02/19 14:56
推 sukeda:多體物理在八卦版鄉民眼中不過是小菜一碟55F 02/19 14:56
推 ttakearest:我116學礦物的，竟然都看的懂耶XDD56F 02/19 14:57
→ FertilizerN:我剛剛到底看了三小57F 02/19 14:58
※ 編輯: ijsfkira        來自: 109.201.152.242      (02/19 14:59)
推 presenk159:快推阿....不然人家以為我們看不懂58F 02/19 14:58
推 thone:專業推59F 02/19 14:59
推 oooAGooo:我看的是....中文嗎....60F 02/19 14:59
推 apple82055:快推 不然別人以為我們看不懂+161F 02/19 15:00
推 siriusfish:快推!!要不然別人以為我們看不懂  (暈了62F 02/19 15:01
推 henrylinsj:推63F 02/19 15:01
推 airua:這一篇文章值 527 Ptt幣  0_064F 02/19 15:01
推 tpps86511:長知識推65F 02/19 15:01
推 peace1way:嗯，寫得很好！就中文字嘛，我都看得懂！推66F 02/19 15:02
推 chocomiao:這是天書嗎@@67F 02/19 15:02
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推 andyyiu:恩恩說的也是 原來是這樣啊70F 02/19 15:04
推 euripides31s:文組閱讀無礙71F 02/19 15:04
推 deadtek:嗯嗯，跟我想的一樣72F 02/19 15:04
推 howard878:長知識了73F 02/19 15:06
推 berserker221:專業推74F 02/19 15:06
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推 vincent0719:推77F 02/19 15:10
推 Cervelo1995:我竟然看完了!雖然看不是很懂,但不會讓人想要直接end78F 02/19 15:11
噓 VVVV5555:我早說過你們不信79F 02/19 15:11
推 syk1104:跟我想得差不多~但我覺得還是雞肉更適合做咖哩80F 02/19 15:11
→ arcanite:我連希格斯AI都打不贏了81F 02/19 15:11
→ Cervelo1995:大概知道為什麼超導這麼難搞...82F 02/19 15:12
推 joumay:銅基+鐵基湊在一起 變成基基超導王如何 (毆飛~~~)83F 02/19 15:12
推 Entropy1988:哀，我想去撞牆了84F 02/19 15:12
推 Mittelmeer:感謝學弟發文~~85F 02/19 15:13
推 SpiderGaGa:對啊! 我也是這樣認為的! 推86F 02/19 15:13
推 loveyou9527:對欸 之前怎麼沒想到 你講的對87F 02/19 15:14
推 ARodGodlike:恩恩 我也覺得這樣88F 02/19 15:14
推 serval623:原po說的好白話，連物理超爛的我都可以大概理解89F 02/19 15:14
推 lee988325:看得懂+190F 02/19 15:14
推 tetsuro:嗯嗯，跟我想的一樣XDDDDDD91F 02/19 15:14
推 iamhazard:快推不然人家會說我們不懂92F 02/19 15:15
推 KevinR:優質八卦93F 02/19 15:15
推 crazyjamie:身為模擬過超導理論的推一下XD94F 02/19 15:16
推 goshfju:跟我想得一樣95F 02/19 15:16
推 louzymizery:感謝!長知識<(_ _)>96F 02/19 15:17
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推 OrzJ:好文推99F 02/19 15:18
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