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量子浮選的實驗過程

研究小組進行了壹次實驗演示來證明他們的發現。科學家們使用了壹個單壹的藍寶石芯片(就像英國凱特王妃佩戴的藍色寶石戒指壹樣),然後在芯片上覆蓋壹層薄薄的物質,稱為釔鋇銅氧。釔鋇銅氧是著名的高溫超導體,屬於第二類超導體。它是第壹種超導溫度高於77K的材料,這意味著它的轉變溫度高於液氮的沸點,可以用相對便宜的液氮冷卻,而此前發現的超導體必須用液氦或液氫冷卻。最近,釔、鋇、銅、氧在科創中心聯盟年會上贏得了各種關註。如圖1所示,用液氮冷卻外面有釔鋇銅氧的藍寶石晶片後,晶片表面釋放出冷霧,讓整個實驗看起來很刺激。

釔鋇銅氧等高溫超導體在實際應用中可以作為磁共振成像和磁懸浮設施。但由於Y-Ba-Cu-O單晶的臨界電流密度很高,多晶的臨界電流密度很低(處於超導狀態時只能通過很小的電流),而且這種材料非常脆,傳統方法無法很好地保留其超導特性。然而,YBCO可以抑制腐蝕、與聚合物的粘附和成核,並制備有機超導體、絕緣體和超導體隧道結。像其他超導體壹樣,YBCO在轉變溫度會有梅斯納效應。在壹定溫度以下,YBCO變得抗磁性,內部磁通為零,所以磁力線無法進入超導體,超導體排斥體內的磁場,所以此時超導體表面的任何磁鐵都會浮起。這為上述實驗提供了可能。

這個實驗發現主要是基於超導體和磁體的關系,即兩者之間攜帶的電子相互排斥,在接觸的瞬間會相互排斥。由於實驗中使用的覆蓋有釔鋇銅氧的藍寶石晶片非常薄,磁鐵的電磁波可以瞬間穿透晶片上的薄弱點,即晶片上的通量管。物質中的通量管具有這樣的性質,當外界磁場強度逐漸增強時,通量管所占物質的比例也隨之增加,直到所有通量管完全重疊,物質的超導性才完全消失。位於超導體材料中的通量管還可以讓材料漂浮、旋轉,甚至在半空中移動,這完全就像魔術師的專利。

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