许多年——大概是15年吧——以来,超导研究是一个与元素
周期表中某些怪异名字打交道的美梦或恶梦:钇钡铜氧化物超导体、
镧钡铜氧化物半导体、铋系氧化物半导体等等。
超导,是指材料冷却到一定温度(临界温度)时,电阻变为零
的现象。理论上,在一个超导环路里面,电流永远也不会损失能量,
能够持续到宇宙终结的时候。
通过把各式粉末混在研钵里磨来磨去、然后放到炉子里烧一烧,
科学家已经大大提高了这些复杂物质的临界温度,也有人开始尝试
制造实用化的超导电缆或线圈。然而,或许是因为能够承载的电流
不够强罢,或许是因为这些化合物太贵了罢……总之十多年前许诺
的超导时代似乎仍与十多年前一样遥远。
因此,脱离复杂的工艺,返朴归真地发现一种简单的、仅由两
种元素构成的、稳定的、便宜得可以随意地在化学试剂商店买到的
东西具有超乎寻常的超导性能,实在不能不让物理学家们奔走相告,
并且议论纷纷。
二硼化镁,MgB2, 一种在三十多年前学术界寻找简单化合物
超导体的热潮中被忽略的物质。日本青山学院大学理工学部的物理
学教授秋光纯和他的研究小组发现,高纯度二硼化镁被冷却到39K
(零下234℃)时,能够表现出明显的超导特性。
他们以超乎寻常的短篇幅,在今年3月1日的英国《自然》杂志
上撰文报告了这一发现。不需要再多说什么,立刻全世界都有研究
人员开始摆弄二硼化镁。
39K不算什么骄人的成绩,如果是与铜氧化物们160K的临界温
度相比的话。然而,此前从来没发现任何一种简单化合物的临界温
度高于30K。 许多人相信,按照著名的BCS超导理论,不会有什么
简单化合物能做到这一点——这也是当年大家逐渐抛弃了简单化合
物、转而研究那些复杂物质的一个原因。
以往的经验表明,往材料里掺一点儿别的东西,有可能显著提
高临界温度。如果二硼化镁的起点就这么高,人们可以想当然地认
为,给它掺点儿什么,能够把临界温度升得更高。如果可以做到这
一点,再克服一些其它的弱点,便宜的二硼化镁,作为超导产业实
用化的希望,比铜氧化物要高得多了。
大概3个月之后——5月31日, 《自然》发表了3篇与二硼化镁
研究进展有关的文章。两篇是关于抗磁性能的,一篇是关于二硼化
镁导线制造工艺的。
磁场会严重影响二硼化镁的超导性能,大大降低它所能承载的
最大电流即临界电流强度(超过这一电流强度,超导能力就完蛋了)。
而超导材料在实际应用中不可避免地要接触磁场,这实在是非常要
命。
美国威斯康星大学的科学家无意地在二硼化镁中掺入了一点氧,
结果发现其抗磁能力大大增加,临界电流强度也有所提高。英国帝
国理工学院的科学家则使用质子束轰击二硼化镁,打乱晶体中原本
有规则的原子结构,也成功地使磁场对二硼化镁超导性能的影响力
下降。
美国朗讯技术公司的研究人员说,他们成功地制造出了二硼化
镁导线。二硼化镁是一种硬而脆的物质,延展性非常差(从图片中
可以看到,它通常是一种瓶装的粉末)。可以把它压碎成粉末后包
裹在金属管里,再压制成长条。但二硼化镁易与铜、镍等普通金属
发生反应。科学家使用铁管来装二氧化镁粉末,然后压制成条状,
所得到的“导线”拥有与整块二硼化镁的超导性能相当。
还会有什么呢?期待中。