台灣建立超導研究里程碑 榮登國際期刊
高速磁浮列車、醫學高解析的核磁共振等高科技,都是超導的研發應用。不過,現在台灣研究團隊發現晶體結構更簡單的「鐵基超導體(FeSe)」,更安全無毒,也更容易製造,提供高溫超導研究的新材料,而這項新發現也榮登國際期刊,獲得科學界重視。
22年前,科學界提出高溫超導銅氧化物的發現,像是長距離無損耗的電力傳出、高速磁浮列車、醫學高解析核磁共振顯像等高科技,都是超導在人類社會中的實際應用。
今年初,日本團隊率先以鐵砷及氧的化合物發現「鐵基新超導體」,在短時間內,這類超導體的轉變溫度可以提升到絕對溫度60度。
不過,日本團隊所研發出的材料,卻含有高度毒性的砷元素,而且材料結構也相對複雜。
在國科會經費支持下,由中研院物理研究所院士吳茂昆率領的研究團隊,發現晶體結構更簡單的「鐵基超導體(FeSe)」,除了不含砷,減少毒性,成本更低廉,也更容易製造。
吳茂昆:『他基本上是介金屬,跟高溫超導那種陶瓷材料的結構不太一樣,所以很容易拉成線,你要做超導線,這就有他的好處。從應用發展角度來看,我們希望溫度可以再提高,基本現在溫度5、60度可以達到,絕對比目前用的改善很多。』
「鐵基超導體(FeSe)」的發現,驗證銅氧化物不是形成高溫超導的必要條件,也因為材料結構取得更容易,未來應用有更多的可能性。
吳茂昆:『醫學應用上,超導做成薄膜應用非常多面向,超導線第一個拿來做超導線纖,核磁共振MRI主要的就是超導磁鐵,越高解析度磁場強度越高,另外可以用超導磁鐵來做磁浮火車。』
台灣研究團隊的新發現,提供了高溫超導研究新材料,日前也獲得頂尖專業期刊「美國國家科學院期刊」刊登,獲得國際學界重視。
鐵基超導體新發現 台研究成果登頂尖期刊
科學家若可進一步找出「室溫超導體」機制,未來應用將潛力無窮。這項成果日前獲刊頂尖專業期刊「美國國家科學院期刊」。
當材料(如銅、錫、鋁等)在特定低溫(即「超導轉變溫度(Tc)」)時,一則其電阻會變成零,並具完全抗磁性,此即物理學界所稱之「超導現象」。
運用「超導現象」上述兩大特質,人類已發展出長距離無耗損的電力傳輸、高速磁浮列車、醫學高解析核磁共振顯像等應用。
由於一般元素的「超導轉變溫度」通常低於攝氏零下260度,科學界多年來無不致力將溫度提高,以增加實際應用性。
吳茂昆表示,高溫超導銅氧化物在22年前被發現後,已使「超導轉變溫度」提高至大於液態氮蒸發溫度;而銅氧化物高溫超導體在產生「超導現象」前,為一個反鐵磁絕緣體。
物理學界原認為,像鐵元素或具磁性材料,不可能發生「超導現象」;
直至今年2月,日本研究團隊首度發現一種「鐵基新超導體」(為一種鐵砷及氧的化合物FeAs-LaO(F)),其「超導轉變溫度」已提高至將近絕對溫度30度左右;後續研究更將其「超導轉變溫度」提升至接近絕對溫度60度。
然而,因日本團隊的發現,以具高毒性的砷元素為材料,進一步學術研究的難度極高。
而吳茂昆所領導的研究團隊,最近發現「鐵基超導體」(FeSe,鐵硒),其晶體結構更簡單,且因不含砷、較無毒,又具成本較低等特性,可讓更多團隊很快進入此領域。
吳茂昆說,研究成果驗證銅氧化物並非形成高溫超導性的必要條件;「高溫超導現象」可能存在多樣材料系統中,且形成超導的機制也可能是多樣的。
研究成果未來若可繼續發展,做出「超導磁鐵」,實際應用面的好處不僅可改善製程,且因鐵元素為地球上含量第4多的元素,實際應用面的成本將可下降許多,磁性也將更高,在應用上具極大潛能
超導研究新里程 中研院發現鐵基超導體
這篇研究論文九月五日獲得專業期刊「美國國家科學院期刊 (Online early edition of PNAS)」刊登,甚獲國際重視。
研究團隊提供背景資料指出,超導現象是指材料,例如汞、錫、鋁等在特定低溫時,電阻就會變成零的現象;這個溫度稱為「超導轉變溫度」。
超導現象的特徵,其一是「零電阻」,這使得材料具有無限大的導電能力,其二是「完全抗磁性」,這些特質使得超導的應用潛力無窮。
目前人類社會發明的長距離無損耗的電力傳輸、高速磁浮列車、醫學高解析核磁共振顯像等高科技,都是超導研發的應用。
由於一般金屬元素的「超導轉變溫度」通常低於攝氏零下二百六十度,科學家多年來都希望能將超導轉變溫度提高,以增加應用性。
中研院指出,這次吳茂昆院士研究團隊創新發現的「鐵基超導體」,其晶體結構更簡單;不含砷,比較無毒;
更容易製造,使成本較低等特性,也讓更多的團隊能很快地進入此領域;
不論在基礎理論或應用研發上,未來都將提供科學家一個嶄新的研究對象與平台