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2023年8月12日

EJ GLOBAL plus 砥礪前行

理論探索百年 距離應用還遠

超導體研究有過百年歷史,荷蘭科學家Heike Kamerlingh Onnes在1911年最先觀察到相關現象,當時科學家已知若物質本身溫度下降,電阻會減少,但無法完全消除,Kamerlingh Onnes與學生觀察不同物質的超低溫狀態,包括利用液態氦把水銀冷凍,發現當水銀跌至接近絕對零度的開氏2.4度(攝氏零下269度)時,電阻會突然消失。

此後40多年,科學家只能確認超導體存在及紀錄其特質,卻未能解釋箇中原因,更遑論提出製造方法。直至1957年,3名美國科學家John Bardeen、Leon Neil Cooper和John Robert Schrieffer提出首條超導體理論,名為「BCS理論」,嘗試解釋為何有超導體。他們因為這項發現而獲得1972年的諾貝爾物理學獎。

尋找適用物料限制大

超導體研究主要有兩個目標,包括可否及如何提高出現超導性的環境溫度,以及不斷測試還有什麼物質可出現超導性。

上世紀八十年代迎來超導體研究的第一個高潮,不少科學家研發出「高溫超導體」,當中包括後來當過香港科技大學校長的朱經武。但所謂「高溫」只是相對過往紀錄而言,仍需達開氏77度(攝氏零下196度)才會出現超導性;而研究最常用作超導體的為氧化銅,這是一大突破,可以有更多及較簡單方法製造冷凍環境,不一定要用氦。


 

踏入九十年代,超導體研究出現停滯,未有大進展。至今觀察到的超導體最高溫度為開氏250度(攝氏零下23度),然而仍未能應用。

超導體實驗一向困難,因受很多因素影響,電阻消失也不一定是超導體,很容易觀察錯誤。另外,現時的超導體理論只適用於金屬物質,局限了科學家可測試的物質種類。

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