墜落于澳大利亞的重達(dá)9980千克的隕石中含有少量的天然超導(dǎo)物質(zhì)

最近，來(lái)自加州大學(xué)圣地亞哥分校（uCSD）的凝聚態(tài)物理學(xué)家Ivan Schuller的研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，隕石中有時(shí)會(huì)含有天然的超導(dǎo)物質(zhì)。

這一發(fā)現(xiàn)雖然不會(huì)顛覆科學(xué)家對(duì)太陽(yáng)系的認(rèn)識(shí)，但為尋找到常溫超導(dǎo)體增加了更多的可能性樂(lè)觀(guān)的話(huà)，甚至可能帶動(dòng)如磁懸浮列車(chē)材料等某些技術(shù)的突破。目前，該發(fā)現(xiàn)已在洛杉磯舉行的美國(guó)物理學(xué)會(huì)的3月會(huì)議上得以發(fā)布。

對(duì)于該發(fā)現(xiàn)，正帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)在陸地礦產(chǎn)資源中尋找天然超導(dǎo)體的馬里蘭大學(xué)凝聚態(tài)物理學(xué)家Johnpierre Paglione表示：“聽(tīng)上去他們好像找到了一些東西并將其分離出來(lái)，這太棒了?！?/p>

傳統(tǒng)的超導(dǎo)體由簡(jiǎn)單的金屬組成，如鈮、鉛或汞，這些金屬在冷卻到接近于絕對(duì)零度的特征“臨界溫度”（對(duì)于汞是4.2K）以下時(shí)就會(huì)具有超導(dǎo)特性。

在1986年，物理學(xué)家在一系列含銅化合物中發(fā)現(xiàn)，銅化合物在高達(dá)134K（零下139攝氏度）的溫度下出現(xiàn)了超導(dǎo)現(xiàn)象，這一現(xiàn)象被稱(chēng)為高溫超導(dǎo)，它的物理機(jī)制仍然是科學(xué)界中的一大謎團(tuán)。而最近，研究人員又發(fā)現(xiàn)了一系列高溫鐵基超導(dǎo)體以及其他一些奇異的超導(dǎo)體。

不同于其他科學(xué)家嘗試通過(guò)原子尺度上設(shè)計(jì)物質(zhì)的特性來(lái)合成出一些新型超導(dǎo)體的做法，Schuller的研究團(tuán)隊(duì)另辟蹊徑，嘗試著從隕石出發(fā)，對(duì)現(xiàn)有材料進(jìn)行篩選，來(lái)尋找出超導(dǎo)物質(zhì)。

Schuller打趣的說(shuō)到：“既然老天已經(jīng)提供給了隕石這一材料，我們?yōu)槭裁床磺魄颇兀俊癝chuller表示，隕石是在地球上任何實(shí)驗(yàn)室都無(wú)法達(dá)到的極端溫度和壓力條件下形成的。因此，它們可謂是尋找新奇化合物的淘金池。

超導(dǎo)性最可靠的跡象是當(dāng)溫度降到臨界閾值以下時(shí)，電阻突然下降到零。不過(guò)除此之外，超導(dǎo)體也有著特殊的磁性，即邁斯納效應(yīng)：當(dāng)一個(gè)磁場(chǎng)強(qiáng)度不是很強(qiáng)磁體和一個(gè)處于超導(dǎo)態(tài)的超導(dǎo)體相互靠近時(shí)，磁體的磁場(chǎng)會(huì)使超導(dǎo)體表面中出現(xiàn)超導(dǎo)電流，此超導(dǎo)電流在超導(dǎo)體內(nèi)部形成的磁場(chǎng)，恰好和磁體的外加磁場(chǎng)大小相等，方向相反，最終兩個(gè)磁場(chǎng)抵消，使超導(dǎo)體內(nèi)部的磁感應(yīng)強(qiáng)度為零，即超導(dǎo)體排斥體內(nèi)的磁場(chǎng)。

借助邁斯納效應(yīng)，科學(xué)家就可以尋找那些混合在異質(zhì)物質(zhì)（通常電阻不為零）中的零星超導(dǎo)體。

不過(guò)，一般的探測(cè)邁斯納效應(yīng)的技術(shù)不夠靈敏，不足以尋找極少量的超導(dǎo)體。因此，Schuller的團(tuán)隊(duì)進(jìn)行了一些技術(shù)改進(jìn)，從而有效地放大了信號(hào)。超導(dǎo)體在臨界溫度上下都會(huì)吸收微波，但在相變過(guò)程中其吸收效果會(huì)有所變化。

之前在會(huì)議上闡述研究發(fā)現(xiàn)的UCSD研究生Janes Wampler解釋到，當(dāng)冷卻溫度低于超導(dǎo)體的臨界溫度時(shí)，微波吸收效果會(huì)發(fā)生顯著變化。為了尋找超導(dǎo)性物質(zhì)，研究小組在微波輻射腔內(nèi)放置了一個(gè)小樣本，并同時(shí)加入了一個(gè)強(qiáng)恒定磁場(chǎng)和一個(gè)小的振蕩磁場(chǎng)。當(dāng)振蕩磁場(chǎng)使得材料產(chǎn)生和去除超導(dǎo)性時(shí)，信號(hào)會(huì)大大增強(qiáng)。Wampler表示，與傳統(tǒng)的磁測(cè)量技術(shù)相比，這項(xiàng)技術(shù)大約將靈敏度提高了1000倍。

Schuller表示，研究者們已經(jīng)在上千種樣品上證實(shí)了此探測(cè)方法的有效性。現(xiàn)在，他們已經(jīng)將其應(yīng)用于探測(cè)16個(gè)不同隕石小樣本（從隕石表面上刮取所得）。Wampler在會(huì)上表示，他們?cè)谄渲袃深w隕石的樣品中發(fā)現(xiàn)了存在超導(dǎo)物質(zhì)的證據(jù)，這兩顆隕石分別是：1911年在澳大利亞內(nèi)陸發(fā)現(xiàn)的9980公斤重的Mundrabilla鐵隕石和1995年在南極洲發(fā)現(xiàn)的碳質(zhì)隕石Graves Nunataks。

一旦研究人員發(fā)現(xiàn)了確定的磁信號(hào)，他們就梳理出每個(gè)粉末樣品中的不同類(lèi)型晶粒，并利用X射線(xiàn)光譜分析來(lái)鑒別出品粒中的超導(dǎo)體。Wampler介紹到，Grave Nunataks隕石中的超導(dǎo)體是銦和錫的合金，Mundrabilla隕石中的超導(dǎo)體似乎是銦、錫的合金，可能還含有鉛。它們都是著名的超導(dǎo)體，臨界溫度在5K左右。

盡管這些隕石中發(fā)現(xiàn)的超導(dǎo)體并不新奇，但該研究結(jié)果表明了超導(dǎo)性在宇宙中是普遍存在的。Wampler表示，如果超導(dǎo)材料存在于隕石上，那么我們可以說(shuō)它無(wú)處不在。他指出，宇宙中有許多地方的溫度比5K還要低，隕石產(chǎn)生的壓力和溫度超過(guò)地球上的實(shí)驗(yàn)室條件，因此隕石中很有可能含有人類(lèi)所不知道的超導(dǎo)化合物。

另外，Paglione也認(rèn)為超導(dǎo)領(lǐng)域需要尋找新的材料。但大家似乎在尋找新材料的路上遇到了瓶頸。

而這次的研究或許可以給我們指出明燈，從隕石出發(fā)，興許能起到曲徑通幽之效。

（摘自美《深科技》）（編輯/華生）