用钯构建更好的超导体

这是现代物理学中最激动人心的竞赛之一：我们如何才能生产出即使在最高温度和环境压力下也能保持超导的最佳超导体?近年来，随着镍酸盐的发现，超导的新时代开始了。这些超导体是基于镍的，这就是为什么许多科学家谈论“超导研究的镍时代”。在许多方面，镍酸盐类似于铜酸盐，铜酸盐基于铜，是在 1980 年代发现的。

但是现在，一类新的材料正在发挥作用：在TU Wien与日本大学之间的合作中，可以在计算机上比以前更精确地模拟各种材料的行为。

有一个“金发姑娘区”，其中超导性特别好。而且这个区域既不是用镍也不是用铜，而是用钯。这可能会在超导研究中迎来一个新的“钝酸盐时代”。研究结果现已发表在《物理评论快报》杂志上。

寻求更高的转变温度

在高温下，超导体的行为与其他导电材料非常相似。但是当它们冷却到某个临界温度以下时，它们会发生巨大变化：它们的电阻完全消失，突然间它们可以导电而不会有任何损失。材料在超导状态和正常导电状态之间变化的这个极限称为临界温度。

“我们现在能够计算出各种材料的临界温度。通过我们在高性能计算机上的建模，我们能够高精度地预测镍酸盐超导性的相图，正如后来的实验所显示的那样，“TU Wien固体物理研究所的Karsten Held教授说。

许多材料仅在绝对零度(-273.15°C)以上变成超导，而其他材料即使在更高的温度下也能保持其超导特性。在正常室温和正常大气压下仍然保持超导的超导体将从根本上彻底改变我们发电、运输和使用电力的方式。

然而，这种材料尚未被发现。然而，高温超导体，包括铜酸盐类的超导体，在技术中起着重要作用，例如，在传输大电流或产生极强磁场方面。

铜、镍还是钯?

寻找最好的超导材料是困难的：有许多不同的化学元素受到质疑。你可以把它们放在不同的结构中，你可以添加其他元素的微小痕迹来优化超导性。“为了找到合适的候选者，你必须在量子物理水平上了解电子如何在材料中相互作用，”Karsten Held教授说。

这表明电子的相互作用强度是最佳的。互动必须很强，但也不能太强。中间有一个“黄金区域”，可以实现最高的转变温度。

帕拉达特斯作为最佳解决方案

铜酸盐和镍酸盐都无法达到这种中等相互作用的黄金区域，但可以用一种新型材料击中靶心：所谓的钯酸盐。“钯在元素周期表中直接低于镍一行。性质相似，但那里的电子平均离原子核和彼此更远，因此电子相互作用较弱，“Karsten Held说。

模型计算显示了如何实现钯数据的最佳转变温度。“计算结果非常有希望，”Karsten Held说。“我们希望我们现在可以使用它们来启动实验研究。如果我们有一类全新的、额外的钯酸盐材料，以更好地了解超导性并创造更好的超导体，这可能会推动整个研究领域向前发展。