第三百四十二章152K高溫超導

大國院士 第三百四十二章152K高溫超導

送走高弘明后，徐川又給彭鴻禧打了個電話，簡單解釋和安排了一下數學模型的測試后，他又一頭扎進了書房中。

盡管川海材料研究所弄出來的銅碳銀復合超導材料是低溫超導體，但他從上面找到了一絲通向高溫超導機理的曙光。

而相比起去沽城驗證超高溫高壓等離子體湍流的數學模型來說，這項理論工作的意義，可以說是更加重大。

至少在他本人看來，重要程度是更勝一籌的。

等離子體湍流的的數學模型驗證，可以說能代替他去處理的人很多，而尋找高溫超導材料超導機理的工作，能代替他的，可以說幾乎沒有。

縱然是他的導師威騰來了，也無法做到利用數學語言來解釋超導材料的超導能隙。

這已經不是單純的數學能力能解決的問題了。

數學能力再強，如果不了解材料的基本的特性，如果不了解高溫超導材料的各種性質，不了解材料的固有特性、派生特性等各方面的數據，也是不可能做出來的。

上輩子他沒法找到高溫超導材料的超導機理，一方面是他沒將時間的投入到這上面。

當時的他覺得將超導材料弄出來了就行，至于機理問題，他不研究也有人會去研究的，那不重要。

另一方面，則是上輩子他的數學能力遠不如這輩子。

上輩子他拿到菲爾茲獎，是因為解決了楊米爾斯存在性與質量間隙問題而順帶獲得的。

在偏微分方程，非線性方程，計算函數等方面他的數學能力的確算是頂尖那一批的，但數學可不僅僅只有這些。

代數、數論、幾何、數分、拓撲、泛函分析、概率論林林總總算下來，數學有超過二十種的大類。

而每一大類，下面又有繁多的小類，比如代數下有線性代數，群論，域論，李群，李代數，KacMoody代數，環論.等十幾種不同的領域。

別說上輩子了，就是這輩子，他在數學上也不敢說自己了解所有的領域。

書房中，徐川一邊整理著從川海實驗室那邊帶回來的有關超導材料的數據，一邊繼續完善超導材料的超導機理。

從目前的研究來看，超導態都是電子形成庫玻對然后凝聚的產物。而超導機理的核心問題就是關于電子庫玻對的成因。

銅氧化物超導體中的超導一般是由CuO2平面所承擔，附近的載流子庫層起到調節CuO2平面物性的作用。

但由于電子強關聯特性，CuO2的物理特性不能被現有的固體能帶論進行描述。

所以他需要對固體能代論做一個新的數學描述。

書桌前，徐川盯著電腦顯示屏上的數據，眼神明亮，嘴中喃喃自語著：

“從圖1a顯示的是Bi2212單晶樣品解離以后暴露的BiO面的結構，可以看見沿著一個方向有一個非公度調制結構出現。”

“而在高溫超導體中，能帶論計算的原本連續封閉的費米面沒有出現，由于強關聯效應，費米面變成了四段費米弧，在費米弧端點有很高的態密度。”

“所以在8個端點之間有7個散射波矢，分別用q1…q7進行描述。在測量完準粒子相干散射形成的圖案以后，利用傅里葉變換，就可以得到這7個波矢的散射亮斑。”

“這一點可以利用相位敏感的準粒子相干散射(PhaseReferencedQuasiParticleInterference，簡稱PRQPI)技術來進行甄別。從而在q空間勾勒出費米面的信息。”

“然而，實際上這個物理量在任何一個q點是復變量，同時具有相位，即r(q，E)r0(q，E)exp[ij(q，E)]”

電腦前，徐川在腦海中分析著銅碳銀復合材料的數據，并在腦海中完善著理論和想法。

和數學論證不同，針對材料物理的探索，并不需要很長的數學計算。

數學在這個過程中只是起到一個關鍵性的奠基作用，更多的，是如何通過一套完善的理論，去解釋相關的現象。

這個其實和理論物理有些像，就像愛因斯坦最初提出相對論一樣，先給出了廣義相對論最初的形式，然后再一點點完善。

而在完善相對論的過程中，通過引力場方程、馬赫原理、時空圖等方面的東西，利用數學工具來一點點的確認。

這大抵就是所有的自然學科，研究到最后都要歸根于數學的共性吧。

如果一項理論，無法在數學上做到邏輯自洽或者驗證，那么這項理論再完美，恐怕也只是曇花一現。

“或許，我找到了一條合適的道路！”

望著電腦上的圖像和數據，徐川的眼眸越發深邃，如一片汪洋大海般，蘊藏了無數知識的海水。

迅速從抽屜中取出一疊新的稿紙，他拾起筆開始推演了起來。

“根據實驗數據計算出來的相位參考的物理量，每個虛線小圈標示的是7個散射斑的位置和強度積分的區域。可知在d波能隙情況下，q1，q4，q5對應的是能隙同號”

“可得相位參考的QPI強度rr(q，E)r(q，E)cos[j(q，E)j(q，E)]。而(d)，(e)和(f)顯示的是虛線小圈內rr(q，E)強度的積分，q2，q3，q6，q7則對應的是能隙反號散射.”

“在這一模型中，如果只考慮銅格點所形成的正方晶格，i，j為銅格點的指標，在理論上通常將ci，σ看作是一般意義上的電子湮滅算符，則.”

黑色簽字筆在潔白的A4紙上落下一個個的字跡。

隨著對銅碳銀超導材料能隙數據與相位物理的量的計算，徐川的眼神也愈發平靜了下來。

終于，他停下了手中的筆，望向稿紙上的最后一行算式。

“原來如此，超導體中的能隙是d波對稱的，至少在銅碳銀復合超導材料中是波對稱的。”

“利用單帶Hubbard數學和Gutzwiller投影算符可以求得能隙，雖然這一方法并不是使用所有的情況，但在強耦合情況下的低能有效理論基本相同。”

“如果利用tJ模型等類似模型的理論與重整化平均場方法來處理高溫超導材料的話，則可以先使用Gutzwiller近似重整化因子，第二步則是用標準的平均場方法進行進一步的處理。”

“這樣一來，就可以通過實驗數據一步步的將高溫超導材料的超導能隙推算出來了。”

“而且這種方法有希望成為確定其他非常規超導體中能隙函數符號反轉的強有力手段。”

“或許在不久的將來，高溫超導將迎來一次蓬勃的發展。”

看著稿紙上的理論和算式，徐川長吐了一口氣。

將前往沽城驗算等離子體湍流數學模型的時間騰出來，他算是初步搞定了高溫超導材料的超導機理特性。

剩下的，就是找到更多的高溫超導材料數據來對這套理論進行驗證了。

起身舒展活動了一下筋骨后，徐川重新坐回了書桌前。

整理一下稿紙后，他開始將稿紙上的東西一點一點的轉移到電腦上編寫成論文。

當然，這份論文目前來說是不可能公開出去的。

盡管高溫超導材料的超導機理特性的研究是如今超導材料界最熱門的領域之一，他這篇論文丟出去，可能會瞬間引爆這片池塘，讓他成為超導材料界的頂級大牛。

但相對應的，這也會給別人指明一條研究高溫超導材料的道路。

所以這篇論文，目前就只能藏在手里了。

不過徐川也沒太在意。

等到他將高溫超導材料做出來以后，再公布出去也不遲。

將稿紙上的論文整理完整輸入電腦后，徐川起身直奔川海材料實驗室。

高溫超導材料的超導機理特性他已經初步摸清楚了，如果想要利用起來的話，最好是建立一個強關聯的tj模型來進行運算。

不過建立一個模型再到測試，哪怕是最基礎簡陋的版本，也至少需要半個月以上的時間。

他現在已經有些等不及了，他想去實驗室試驗一下，看看能否根據自己計算的數據和理論，在超導材料上做一個進一步的優化。

一路風馳電掣的來到川海材料研究所，徐川找到樊鵬越，讓他給自己安排了一間實驗室。

研究所本來沒有多余的實驗室，畢竟才擴建兩個月不到，招聘的人員和購買的設備并不是很齊全。

再加上他之前要求對超導材料和碳基材料進行大量的研究，如今已經是滿負荷運載的狀況。

不過之前研究銅碳銀復合材料的宋文柏被安排去分析材料，他原先所使用的實驗室就暫時空置出來了，正好可以挪用一下。

實驗室中，徐川親自操控真空冶金設備制造銅碳銀復合材料。

相對比物理粉碎法、機械球磨法、氣相沉積法等其他納米制造方法來說，用真空蒸發、加熱、高頻感應等方法使原料氣化或形成等粒子體，然后驟冷，可以得到純度高、結晶組織好、粒度大小可控的原料。

結晶完美，粒度大小一致的材料，這一點在材料的制造上，特別是實驗室中研究材料非常重要。

當然，缺點也有，這種手段制備納米材料對設備和制備技術的要求很高。

不過能用錢解決的事情，在徐川看來都不是什么事。

一旁，樊鵬越和宋文柏在實驗室中打著下手。

當然，他們也有些好奇，好奇這位準備研究什么，或者，準備怎么制備銅碳銀復合納米材料。

之前徐川拿到了宋文柏的超低溫銅碳銀復合超導材料的數據，很明顯是去研究去了。

短短十來天的功夫，就能從里面找到一些發現或靈感？

更深的東西，兩人都沒敢去想。

他們都只以為徐川通過研究超低溫銅碳銀復合超導材料的數據找到了一些可能優化的銅碳銀復合材料的線索。

老實說，這就已經很驚人了。

畢竟時間這么短，材料方面的數據可不是那么好分析的。

至于通過這些數據，找到高溫超導材料背后的超導機理，兩人更是想都沒想過。

高溫超導材料的超導機理要是這么好研究出來，也不至于現在鐵基、銅基、石墨烯等高溫超導材料都出來了，機理還沒找到。

實驗室中，徐川穿著白大褂，帶著防護口罩和護目鏡，全神貫注小心翼翼的操控著RF磁控濺射設備，將制備好的納米材料濺射在SrTiO3基片上。

這一步需要兩分鐘左右的時間，才能讓納米材料完全鋪墊覆蓋SrTiO3基片，在上面形成一層薄膜。

然后再添加2(體積分數)的多壁碳納米管(CNTs)和表面鍍Cu改性后的碳納米管作為增強相。

經過一系列的處理后，最后再通過惰性氣體保護，在860℃900℃的溫度進行3050分鐘的熱處理，使其在SrTiO3基層上形成一層銅碳銀復合薄膜。

而這層薄膜，就是徐川需要的東西！

在實驗室中呆了整整兩天的時間，直到翌日深夜凌晨，徐川緊繃的神經才放松了下來。

在他手中的器皿內，一片不到小孩巴掌大的銀灰色薄膜正安靜的躺在那里。這就是他從忙碌了兩天的成果了。

長舒了口氣，徐川將手中的透明器皿遞給宋文柏，道：“麻煩宋教授測試一下這片材料的超導機理。”

“如果我的計算沒有錯，它應該會在152K左右達到臨界Tc。”

全神貫注的折騰了一天，他現在已經實在是沒有精力去做測試，只能將其交給他人。

聞言，宋文柏張了張嘴欲言又止，最終點了點頭接過了材料。

對于超導材料的測試并不是很難，通過低溫恒溫器和杜瓦液氮容器等設備就能進行。

只是這位說152K的臨界Tc，他怎么都不太相信。

152K的臨界Tc這是個什么概念？

換算成攝氏度，差不多是121.15℃，這個溫度聽起來很低，但放到目前的超導材料界來說，很高很高了。

拋開那些需要高壓條件的超導材料來說，目前銅基高溫超導體能達到94.9K的超導溫度，加壓可以達到125K，換算成攝氏度差不多是178.2℃和148.15℃。

足足差了30℃的溫度，別小看這點，要知道銅基高溫超導材料94.9K的Tc臨界溫度已經有差不多十年沒有任何的突破了。

至于鐵基超導雖然的極限雖然能達到23℃超導，但目前僅能在實驗室中耗費極大的代價極少數的制造。

量小不說，還及其容易污染，隨便暴露在空氣中就會導致超導失效，因此沒有太多的對比價值。

而他手中的這片薄膜，要是真的能在152K的溫度中實現超導，那高溫超導行業怕是會迎來天翻地覆的改變。

更關鍵的是，他這位老板，還事先計算出了這個數字。

這代表的意義，他已經不敢去想了。

(本章完)