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科研人员首次在室温下获得了磁性超导材料

2021-05-28 08:23:02    出处:科技日报

俄罗斯量子中心科研人员首次在室温下获得了磁超导材料。有关专家认为,借助该技术未来可创建不需要复杂和昂贵冷却装置的量子计算机。相关研究发表在《科学报告》杂志上。

通常情况下,量子效应可在基本粒子中观察到,只有在非常低的温度下能够观察到宏观量子现象。年来,磁超导材料吸引了科学家的注意。它是指含有磁离子的超导材料,相关研究集中在磁与超导相互作用、两者共存可能等方面。早期对元素、合金和化合物的研究都认为,磁和超导不可能在同一材料中同时存在,因为磁离子与导电电子自旋的交换作用会破坏超导态。在发现含磁稀土原子的超导三元化合物后,相关研究才进一步发展。

超导材料既可用于加速大型强子对撞机中的粒子,又可用于建造磁悬浮交通工具。目前磁超导体的开发和批量生产中的主要问题是,需要使用复杂且昂贵的冷却设备。

在俄罗斯科学基金会的支持下,俄罗斯量子中心的研究人员首次在室温下获得了磁超导材料。相关实验是在钇铁石榴石单晶膜上进行的。该物质在某些温度下具有自发磁化作用。在这种晶体中,准粒子可以更长久地保留其量子。科学家已经证明,在强磁作用下磁振子(磁体中的磁激发)处于量子态,类似于超低温下的原子态。在这种情况下,相当多的物质原子进入统计上不太可能的量子状态,结果,在宏观尺度上观察到了量子效应。

上述科研项目负责人、俄罗斯量子中心首席研究员尤里·布科夫称,在室温下获得磁超导材料的量子现象是科学家的梦想,但以往认为这无法在室温下实现。然而,对钇铁石榴石的研究表明,即使在较高温度下,在这种物质中也可以观察到磁超导材料的量子效应。这一发现将能够在不使用昂贵笨重的冷却系统的情况下应用量子现象。“这看起来似乎超出了想象的范围,但是我们成功了。现在可以致力于创建在室温下工作的量子计算机。”

总编辑圈点

今年恰好是超导现象发现100周年。百年时间里,人们关于超导的研究已取得了长足进步,但不得不说:超导它依然神秘。尤其是年来研究风头正劲的磁超导——在一定条件下,物质的磁和超导不但可以相互转化,还可能相互共存,十分新颖且奇妙。我们早已知道必须在一定温度下才会产生超导现象,也就是俗称的临界温度,但现在,科学家竟在室温下获得了磁超导材料,无疑是一项巨大成功,也预示着室温下运行的量子计算机或已向人们招手。(记者董映璧)

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