大國院士 第三百四十二章152K高溫超導(dǎo)

送走高弘明后，徐川又給彭鴻禧打了個(gè)電話，簡單解釋和安排了一下數(shù)學(xué)模型的測試后，他又一頭扎進(jìn)了書房中。

盡管川海材料研究所弄出來的銅碳銀復(fù)合超導(dǎo)材料是低溫超導(dǎo)體，但他從上面找到了一絲通向高溫超導(dǎo)機(jī)理的曙光。

而相比起去沽城驗(yàn)證超高溫高壓等離子體湍流的數(shù)學(xué)模型來說，這項(xiàng)理論工作的意義，可以說是更加重大。

至少在他本人看來，重要程度是更勝一籌的。

等離子體湍流的的數(shù)學(xué)模型驗(yàn)證，可以說能代替他去處理的人很多，而尋找高溫超導(dǎo)材料超導(dǎo)機(jī)理的工作，能代替他的，可以說幾乎沒有。

縱然是他的導(dǎo)師威騰來了，也無法做到利用數(shù)學(xué)語言來解釋超導(dǎo)材料的超導(dǎo)能隙。

這已經(jīng)不是單純的數(shù)學(xué)能力能解決的問題了。

數(shù)學(xué)能力再強(qiáng)，如果不了解材料的基本的特性，如果不了解高溫超導(dǎo)材料的各種性質(zhì)，不了解材料的固有特性、派生特性等各方面的數(shù)據(jù)，也是不可能做出來的。

上輩子他沒法找到高溫超導(dǎo)材料的超導(dǎo)機(jī)理，一方面是他沒將時(shí)間的投入到這上面。

當(dāng)時(shí)的他覺得將超導(dǎo)材料弄出來了就行，至于機(jī)理問題，他不研究也有人會去研究的，那不重要。

另一方面，則是上輩子他的數(shù)學(xué)能力遠(yuǎn)不如這輩子。

上輩子他拿到菲爾茲獎(jiǎng)，是因?yàn)榻鉀Q了楊米爾斯存在性與質(zhì)量間隙問題而順帶獲得的。

在偏微分方程，非線性方程，計(jì)算函數(shù)等方面他的數(shù)學(xué)能力的確算是頂尖那一批的，但數(shù)學(xué)可不僅僅只有這些。

代數(shù)、數(shù)論、幾何、數(shù)分、拓?fù)洹⒎汉治觥⒏怕收摿至挚偪偹阆聛恚瑪?shù)學(xué)有超過二十種的大類。

而每一大類，下面又有繁多的小類，比如代數(shù)下有線性代數(shù)，群論，域論，李群，李代數(shù)，KacMoody代數(shù)，環(huán)論.等十幾種不同的領(lǐng)域。

別說上輩子了，就是這輩子，他在數(shù)學(xué)上也不敢說自己了解所有的領(lǐng)域。

書房中，徐川一邊整理著從川海實(shí)驗(yàn)室那邊帶回來的有關(guān)超導(dǎo)材料的數(shù)據(jù)，一邊繼續(xù)完善超導(dǎo)材料的超導(dǎo)機(jī)理。

從目前的研究來看，超導(dǎo)態(tài)都是電子形成庫玻對然后凝聚的產(chǎn)物。而超導(dǎo)機(jī)理的核心問題就是關(guān)于電子庫玻對的成因。

銅氧化物超導(dǎo)體中的超導(dǎo)一般是由CuO2平面所承擔(dān)，附近的載流子庫層起到調(diào)節(jié)CuO2平面物性的作用。

但由于電子強(qiáng)關(guān)聯(lián)特性，CuO2的物理特性不能被現(xiàn)有的固體能帶論進(jìn)行描述。

所以他需要對固體能代論做一個(gè)新的數(shù)學(xué)描述。

書桌前，徐川盯著電腦顯示屏上的數(shù)據(jù)，眼神明亮，嘴中喃喃自語著：

“從圖1a顯示的是Bi2212單晶樣品解離以后暴露的BiO面的結(jié)構(gòu)，可以看見沿著一個(gè)方向有一個(gè)非公度調(diào)制結(jié)構(gòu)出現(xiàn)。”

“而在高溫超導(dǎo)體中，能帶論計(jì)算的原本連續(xù)封閉的費(fèi)米面沒有出現(xiàn)，由于強(qiáng)關(guān)聯(lián)效應(yīng)，費(fèi)米面變成了四段費(fèi)米弧，在費(fèi)米弧端點(diǎn)有很高的態(tài)密度。”

“所以在8個(gè)端點(diǎn)之間有7個(gè)散射波矢，分別用q1…q7進(jìn)行描述。在測量完準(zhǔn)粒子相干散射形成的圖案以后，利用傅里葉變換，就可以得到這7個(gè)波矢的散射亮斑。”

“這一點(diǎn)可以利用相位敏感的準(zhǔn)粒子相干散射(PhaseReferencedQuasiParticleInterference，簡稱PRQPI)技術(shù)來進(jìn)行甄別。從而在q空間勾勒出費(fèi)米面的信息。”

“然而，實(shí)際上這個(gè)物理量在任何一個(gè)q點(diǎn)是復(fù)變量，同時(shí)具有相位，即r(q，E)r0(q，E)exp[ij(q，E)]”

電腦前，徐川在腦海中分析著銅碳銀復(fù)合材料的數(shù)據(jù)，并在腦海中完善著理論和想法。

和數(shù)學(xué)論證不同，針對材料物理的探索，并不需要很長的數(shù)學(xué)計(jì)算。

數(shù)學(xué)在這個(gè)過程中只是起到一個(gè)關(guān)鍵性的奠基作用，更多的，是如何通過一套完善的理論，去解釋相關(guān)的現(xiàn)象。

這個(gè)其實(shí)和理論物理有些像，就像愛因斯坦最初提出相對論一樣，先給出了廣義相對論最初的形式，然后再一點(diǎn)點(diǎn)完善。

而在完善相對論的過程中，通過引力場方程、馬赫原理、時(shí)空圖等方面的東西，利用數(shù)學(xué)工具來一點(diǎn)點(diǎn)的確認(rèn)。

這大抵就是所有的自然學(xué)科，研究到最后都要?dú)w根于數(shù)學(xué)的共性吧。

如果一項(xiàng)理論，無法在數(shù)學(xué)上做到邏輯自洽或者驗(yàn)證，那么這項(xiàng)理論再完美，恐怕也只是曇花一現(xiàn)。

“或許，我找到了一條合適的道路！”

望著電腦上的圖像和數(shù)據(jù)，徐川的眼眸越發(fā)深邃，如一片汪洋大海般，蘊(yùn)藏了無數(shù)知識的海水。

迅速從抽屜中取出一疊新的稿紙，他拾起筆開始推演了起來。

“根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)計(jì)算出來的相位參考的物理量，每個(gè)虛線小圈標(biāo)示的是7個(gè)散射斑的位置和強(qiáng)度積分的區(qū)域。可知在d波能隙情況下，q1，q4，q5對應(yīng)的是能隙同號”

“可得相位參考的QPI強(qiáng)度rr(q，E)r(q，E)cos[j(q，E)j(q，E)]。而(d)，(e)和(f)顯示的是虛線小圈內(nèi)rr(q，E)強(qiáng)度的積分，q2，q3，q6，q7則對應(yīng)的是能隙反號散射.”

“在這一模型中，如果只考慮銅格點(diǎn)所形成的正方晶格，i，j為銅格點(diǎn)的指標(biāo)，在理論上通常將ci，σ看作是一般意義上的電子湮滅算符，則.”

黑色簽字筆在潔白的A4紙上落下一個(gè)個(gè)的字跡。

隨著對銅碳銀超導(dǎo)材料能隙數(shù)據(jù)與相位物理的量的計(jì)算，徐川的眼神也愈發(fā)平靜了下來。

終于，他停下了手中的筆，望向稿紙上的最后一行算式。

“原來如此，超導(dǎo)體中的能隙是d波對稱的，至少在銅碳銀復(fù)合超導(dǎo)材料中是波對稱的。”

“利用單帶Hubbard數(shù)學(xué)和Gutzwiller投影算符可以求得能隙，雖然這一方法并不是使用所有的情況，但在強(qiáng)耦合情況下的低能有效理論基本相同。”

“如果利用tJ模型等類似模型的理論與重整化平均場方法來處理高溫超導(dǎo)材料的話，則可以先使用Gutzwiller近似重整化因子，第二步則是用標(biāo)準(zhǔn)的平均場方法進(jìn)行進(jìn)一步的處理。”

“這樣一來，就可以通過實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)一步步的將高溫超導(dǎo)材料的超導(dǎo)能隙推算出來了。”

“而且這種方法有希望成為確定其他非常規(guī)超導(dǎo)體中能隙函數(shù)符號反轉(zhuǎn)的強(qiáng)有力手段。”

“或許在不久的將來，高溫超導(dǎo)將迎來一次蓬勃的發(fā)展。”

看著稿紙上的理論和算式，徐川長吐了一口氣。

將前往沽城驗(yàn)算等離子體湍流數(shù)學(xué)模型的時(shí)間騰出來，他算是初步搞定了高溫超導(dǎo)材料的超導(dǎo)機(jī)理特性。

剩下的，就是找到更多的高溫超導(dǎo)材料數(shù)據(jù)來對這套理論進(jìn)行驗(yàn)證了。

起身舒展活動了一下筋骨后，徐川重新坐回了書桌前。

整理一下稿紙后，他開始將稿紙上的東西一點(diǎn)一點(diǎn)的轉(zhuǎn)移到電腦上編寫成論文。

當(dāng)然，這份論文目前來說是不可能公開出去的。

盡管高溫超導(dǎo)材料的超導(dǎo)機(jī)理特性的研究是如今超導(dǎo)材料界最熱門的領(lǐng)域之一，他這篇論文丟出去，可能會瞬間引爆這片池塘，讓他成為超導(dǎo)材料界的頂級大牛。

但相對應(yīng)的，這也會給別人指明一條研究高溫超導(dǎo)材料的道路。

所以這篇論文，目前就只能藏在手里了。

不過徐川也沒太在意。

等到他將高溫超導(dǎo)材料做出來以后，再公布出去也不遲。

將稿紙上的論文整理完整輸入電腦后，徐川起身直奔川海材料實(shí)驗(yàn)室。

高溫超導(dǎo)材料的超導(dǎo)機(jī)理特性他已經(jīng)初步摸清楚了，如果想要利用起來的話，最好是建立一個(gè)強(qiáng)關(guān)聯(lián)的tj模型來進(jìn)行運(yùn)算。

不過建立一個(gè)模型再到測試，哪怕是最基礎(chǔ)簡陋的版本，也至少需要半個(gè)月以上的時(shí)間。

他現(xiàn)在已經(jīng)有些等不及了，他想去實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)一下，看看能否根據(jù)自己計(jì)算的數(shù)據(jù)和理論，在超導(dǎo)材料上做一個(gè)進(jìn)一步的優(yōu)化。

一路風(fēng)馳電掣的來到川海材料研究所，徐川找到樊鵬越，讓他給自己安排了一間實(shí)驗(yàn)室。

研究所本來沒有多余的實(shí)驗(yàn)室，畢竟才擴(kuò)建兩個(gè)月不到，招聘的人員和購買的設(shè)備并不是很齊全。

再加上他之前要求對超導(dǎo)材料和碳基材料進(jìn)行大量的研究，如今已經(jīng)是滿負(fù)荷運(yùn)載的狀況。

不過之前研究銅碳銀復(fù)合材料的宋文柏被安排去分析材料，他原先所使用的實(shí)驗(yàn)室就暫時(shí)空置出來了，正好可以挪用一下。

實(shí)驗(yàn)室中，徐川親自操控真空冶金設(shè)備制造銅碳銀復(fù)合材料。

相對比物理粉碎法、機(jī)械球磨法、氣相沉積法等其他納米制造方法來說，用真空蒸發(fā)、加熱、高頻感應(yīng)等方法使原料氣化或形成等粒子體，然后驟冷，可以得到純度高、結(jié)晶組織好、粒度大小可控的原料。

結(jié)晶完美，粒度大小一致的材料，這一點(diǎn)在材料的制造上，特別是實(shí)驗(yàn)室中研究材料非常重要。

當(dāng)然，缺點(diǎn)也有，這種手段制備納米材料對設(shè)備和制備技術(shù)的要求很高。

不過能用錢解決的事情，在徐川看來都不是什么事。

一旁，樊鵬越和宋文柏在實(shí)驗(yàn)室中打著下手。

當(dāng)然，他們也有些好奇，好奇這位準(zhǔn)備研究什么，或者，準(zhǔn)備怎么制備銅碳銀復(fù)合納米材料。

之前徐川拿到了宋文柏的超低溫銅碳銀復(fù)合超導(dǎo)材料的數(shù)據(jù)，很明顯是去研究去了。

短短十來天的功夫，就能從里面找到一些發(fā)現(xiàn)或靈感？

更深的東西，兩人都沒敢去想。

他們都只以為徐川通過研究超低溫銅碳銀復(fù)合超導(dǎo)材料的數(shù)據(jù)找到了一些可能優(yōu)化的銅碳銀復(fù)合材料的線索。

老實(shí)說，這就已經(jīng)很驚人了。

畢竟時(shí)間這么短，材料方面的數(shù)據(jù)可不是那么好分析的。

至于通過這些數(shù)據(jù)，找到高溫超導(dǎo)材料背后的超導(dǎo)機(jī)理，兩人更是想都沒想過。

高溫超導(dǎo)材料的超導(dǎo)機(jī)理要是這么好研究出來，也不至于現(xiàn)在鐵基、銅基、石墨烯等高溫超導(dǎo)材料都出來了，機(jī)理還沒找到。

實(shí)驗(yàn)室中，徐川穿著白大褂，帶著防護(hù)口罩和護(hù)目鏡，全神貫注小心翼翼的操控著RF磁控濺射設(shè)備，將制備好的納米材料濺射在SrTiO3基片上。

這一步需要兩分鐘左右的時(shí)間，才能讓納米材料完全鋪墊覆蓋SrTiO3基片，在上面形成一層薄膜。

然后再添加2(體積分?jǐn)?shù))的多壁碳納米管(CNTs)和表面鍍Cu改性后的碳納米管作為增強(qiáng)相。

經(jīng)過一系列的處理后，最后再通過惰性氣體保護(hù)，在860℃900℃的溫度進(jìn)行3050分鐘的熱處理，使其在SrTiO3基層上形成一層銅碳銀復(fù)合薄膜。

而這層薄膜，就是徐川需要的東西！

在實(shí)驗(yàn)室中呆了整整兩天的時(shí)間，直到翌日深夜凌晨，徐川緊繃的神經(jīng)才放松了下來。

在他手中的器皿內(nèi)，一片不到小孩巴掌大的銀灰色薄膜正安靜的躺在那里。這就是他從忙碌了兩天的成果了。

長舒了口氣，徐川將手中的透明器皿遞給宋文柏，道：“麻煩宋教授測試一下這片材料的超導(dǎo)機(jī)理。”

“如果我的計(jì)算沒有錯(cuò)，它應(yīng)該會在152K左右達(dá)到臨界Tc。”

全神貫注的折騰了一天，他現(xiàn)在已經(jīng)實(shí)在是沒有精力去做測試，只能將其交給他人。

聞言，宋文柏張了張嘴欲言又止，最終點(diǎn)了點(diǎn)頭接過了材料。

對于超導(dǎo)材料的測試并不是很難，通過低溫恒溫器和杜瓦液氮容器等設(shè)備就能進(jìn)行。

只是這位說152K的臨界Tc，他怎么都不太相信。

152K的臨界Tc這是個(gè)什么概念？

換算成攝氏度，差不多是121.15℃，這個(gè)溫度聽起來很低，但放到目前的超導(dǎo)材料界來說，很高很高了。

拋開那些需要高壓條件的超導(dǎo)材料來說，目前銅基高溫超導(dǎo)體能達(dá)到94.9K的超導(dǎo)溫度，加壓可以達(dá)到125K，換算成攝氏度差不多是178.2℃和148.15℃。

足足差了30℃的溫度，別小看這點(diǎn)，要知道銅基高溫超導(dǎo)材料94.9K的Tc臨界溫度已經(jīng)有差不多十年沒有任何的突破了。

至于鐵基超導(dǎo)雖然的極限雖然能達(dá)到23℃超導(dǎo)，但目前僅能在實(shí)驗(yàn)室中耗費(fèi)極大的代價(jià)極少數(shù)的制造。

量小不說，還及其容易污染，隨便暴露在空氣中就會導(dǎo)致超導(dǎo)失效，因此沒有太多的對比價(jià)值。

而他手中的這片薄膜，要是真的能在152K的溫度中實(shí)現(xiàn)超導(dǎo)，那高溫超導(dǎo)行業(yè)怕是會迎來天翻地覆的改變。

更關(guān)鍵的是，他這位老板，還事先計(jì)算出了這個(gè)數(shù)字。

這代表的意義，他已經(jīng)不敢去想了。

(本章完)