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新的物质状态可以彻底改变使用能源方式

(博谈网记者郑典编译报道)据《商业内幕》(The Business Insider)2015年5月13日(周三)报导。

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(离子体范例。/Jared Tarbell on Flickr )

你熟悉三种最常见的物质状态:固体,液体和气体。但至少有15个其它状态,以及一组科学家最近公布的新相位,那可能是一个打破我们使用和生产能源方式的改变者。

大部分时间,我们可以很容易地透过使用我们的眼睛,简单地分辨固体,液体和气体。但是,研究这三种状态、还有像等离子体,胶体和玻色-爱因斯坦凝聚等更奇异的例子的材料科学家,深入探讨每个相位的性质,例如密度,化学成分和导电性。

当由物理学家,化学家和材料科学家组成的国际研究小组,测试他们在实验室创造了一种新型材料的相位特性时,他们发现了一些他们以前从来没有见过的东西:绝缘体、超导体、金属和磁铁性质尽显其中的物质。他们在4月17日的《科学进展》杂志上发表了他们的成果。

他们做法是采用碳60分子的结晶结构或布基球,并用一种碱金属物质的原子铷。插入或掺杂。然后,科学家们可以通过操纵铷原子调节物质的相位,来控制巴基球之间的距离和压力,有点像你通过从他们的刚性结构撞出原子来将固体改变成液体。

当他们调整了巴基球之间的压力,团队遇到了改变材料从绝缘体变成导体的相移,这个过程被称为第一次在1937年被预测的Jahn-Teller效应。团队很适当的把此新型材料叫做Jahn-Teller金属。

他们的工作将需要在全球各地的其它实验室的其它团队进行复制,以确认他们的发现。但是,如果后续研究得到支持,他们的发现可以彻底改变我们使用和产生能量的方式。

游戏规则颠覆者

这是因为这些Jahn-Teller金属可能迎来一个新型的超导,正因如此,几十年来科学家和工程师一直追逐其后。

超导体就像能有效地传输电荷的导体。但导电材料,如铜和铝,对电子流有一些阻力。这种阻力消费能量,而这反过来又阻碍了效率和浪费成本。

例如,在从发电厂传送电力到家庭的过程中,由于电阻而丢失约6%的电力。

Power Lines

(电力输电线路。/Bruno Vincent/Getty Images)

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(磁铁漂浮在超冷却超导体的上方。/sach1tb on Flickr)

对电子的流动有绝对的零阻力让超导体这么好,这在理论上可以创造难以置信的高效率的电子设备。

但是有一个重大的难题:具有超导能力的材料现存有数十种,但是你必须将它们冷却下来到极度寒冷的气温,也就是低于华氏负162度,才能产生这样的效果。

为什么这些材料只能在如此低温采用超导能力是一个未解之谜。但有一件事是肯定的:需要冷却它们的能源量的成本,超过我们目前低效率的导体所失去的,这使它们此时在工业使用上完全不切实际。

这就是Jahn-Teller金属可以发挥重要作用的地方。该团队的发现是第一次有人曾经以行动见证Jahn-Teller效应(从绝缘体到导体的变化)。通过研究这个过程是如何工作的,科学家可以更好的了解效果,并将其应用到可能产生更高温的超导体,也就是不需要被冷却至这样低的温度。

阅读原文:Scientists just discovered a new state of matter that could revolutionize how we use energy

 

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