他知道,麻烦来了。
超导体在强磁场下会失去超导特性,这本身并不是什么稀奇的事情。无论是第一类超导体还是第二类超导体,都存在一个临界磁场。当外加磁场强度超过这个临界值时,超导态就会被破坏。
对于传统的低温超导体,如铌钛(NbTi)和铌三锡(Nb3Sn),它们的临界磁场虽然可以达到十几甚至二十几特斯拉,但其工作温度极低,需要昂贵的液氦来冷却,极大地限制了其应用范围。
而高温超导体,如钇钡铜氧(YBCO)等铜氧化物,虽然其上临界磁场可以达到非常高的数值(理论上甚至超过一百特斯拉),但它们大多是陶瓷材料,质地脆,加工困难,而且在强磁场和较大电流密度下,容易出现“磁通蠕动”和“磁通跳跃”等问题,导致能量耗散,超导性能下降。
秦风之前提出的“协同量子共振隧穿”理论,确实从微观机制上预言了“墨子一号”应该具有极高的上临界磁场。但是,理论是理论,实际材料的性能,还会受到诸如材料的微观结构、缺陷分布、晶界特性、以及在外场作用下复杂的电磁动力学行为等多种因素的影响。
“看来,我们之前……还是有些过于乐观了。”秦风缓缓开口,声音带着一丝不易察觉的沉重,“‘墨子一号’在零场和弱场下的性能确实优异,但这并不代表它在强磁场下也能同样‘坚挺’。强磁场,对于任何超导体来说,都是一块严酷的‘试金石’。”
他走到白板前,拿起笔,快速地写下几个关键词:
“磁通线(MagicFxLes)”“洛伦兹力(LorentzForce)”“磁通钉扎(FxPng)”“磁通蠕动(FxCreep)与磁通流动(FxFlow)”“失超(Quench)”
“对于第二类超导体,当外加磁场强度超过下临界磁场(Hc1)时,磁力线会以量子化的‘磁通线’的形式进入超导体内部,形成所谓的‘混合态’。”秦风一边画着示意图,一边解释道,“在混合态下,如果超导体中通过电流,那么这些磁通线就会受到洛伦兹力的作用而发生运动。磁通线的运动,会导致能量耗散,产生电阻,从而破坏超导态——这就是所谓的‘磁通流动电阻’。”
“为了抑制磁通线的运动,我们需要在材料内部引入各种‘缺陷’或‘非超导相’作为‘钉扎中心’,将磁通线牢牢地‘钉’在原地,这就是‘磁通钉扎’。钉扎力越强,超导体在强磁场下能够承载的临界电流密度(Jc)就越高,其稳定性也就越好。”
“然而,即使有钉扎中心的存在,在极强的磁场和较大的电流作用下,或者在温度升高导致热激活能增加时,被钉扎的磁通线仍然可能通过‘热激活跳跃’(即磁通蠕动)或‘集体雪崩’(即磁通跳跃)的方式摆脱束缚,重新开始运动,最终导致超导体……失超。”
秦风看着团队成员们渐渐变得凝重的脸庞,继续说道:“我们‘墨子一号’的理论上临界磁场可能确实很高,这意味着在极强的磁场下,它仍然能够维持超导电子对的存在。但是,如果我们的材料内部缺乏足够强大和足够致密的有效磁通钉扎中心,那么即使超导电子对还存在,只要磁通线一开始大规模运动,宏观上的零电阻态就会被破坏,超导性能就会急剧下降,甚至完全消失。”
“陈静刚才的实验结果,10特斯拉就观察到完全失超,这强烈暗示着,我们现有的‘墨子一号’块状或薄膜样品,其内部的本征磁通钉扎能力……非常弱!这就像我们造了一辆拥有超级发动机的跑车,但它的轮胎却只是普通的自行车轮胎,一旦速度快起来,或者路面稍微崎岖一点,轮胎就会打滑、爆胎,车子照样跑不起来!”
秦风这个生动的比喻,让所有人都明白了问题的严重性。
“那……那怎么办?”李浩有些沮丧地问道,“难道我们辛辛苦苦搞出来的室温超导,就因为这个‘磁通钉扎’不行,结果在那些最关键的应用领域都派不上用场?那也太……太憋屈了吧!”
林婉清也皱起了眉头:“如果本征钉扎能力弱,我们就需要通过人为的方式,在材料中引入有效的钉扎中心。但这对于我们这种有机-无机复合材料体系来说,其难度恐怕比传统的金属或氧化物超导体要大得多。有机分子的柔性和不稳定性,以及界面处的复杂相互作用,都会给钉扎中心的引入和调控带来巨大的挑战。”
钱理群副教授也补充道:“而且,强磁场下的涡旋动力学行为非常复杂,涉及到多体相互作用、量子涨落、以及非平衡态过程。如何从理论上精确预测和优化钉扎中心的类型、尺寸、密度和空间分布,以实现最佳的钉扎效果,这本身就是一个世界级的难题。”
一时间,实验室内充满了凝重的气氛。
刚刚组建起来的“秦之队”,踌躇满志地准备将“室温超导”这一黑科技推向现实,却没想到,迎面就撞上了一只如此凶猛的“拦路虎”!
强磁场下的“失超”!
这个看似不起眼的技术瓶颈,却像一把无情的枷锁,死死地扼住了“墨子一号”在诸多重大应用领域的咽喉。
如果不能有效提升“墨子一号”在强磁场下的载流能力和稳定性,那么秦风之前在白板上勾勒的那些激动人心的应用蓝图——可控核聚变、磁悬浮列车、超导量子计算机……都将沦为空中楼阁,镜花水月。
“秦之队”的第一次重大考验,来得如此之快,也如此之严峻。
秦风看着团队成员们脸上或沮丧、或凝重、或思索的表情,心中却并没有太多的波澜。
这点困难,早在他的预料之中。
或者说,这正是他组建“秦之队”的目的之一——去攻克那些真正的、硬核的、足以改变世界的科学难题!
如果一切都顺风顺水,那还有什么挑战性?那还叫什么“黑科技”?
他深吸一口气,脸上重新露出了那抹自信而又从容的微笑。
“各位,”他的声音不大,却充满了穿透力,“遇到问题,是好事。这说明,我们距离真正的成功,又近了一步。因为,科学的进步,本就是在一个个解决问题的过程中实现的。”
“强磁场下的‘失超’,确实是一个棘手的难题,但并非不可逾越的鸿沟。它考验的,不仅仅是我们的理论水平和实验技巧,更是我们的智慧、毅力和……团队协作能力!”
“从今天起,‘如何提升墨子一号在强磁场下的临界电流密度和稳定性’,就是我们‘秦之队’成立后的第一个,也是最重要的攻关课题!”
“我相信,只要我们集思广益,群策群力,发挥出我们每个人的专长,就一定能够找到降服这只‘拦路虎’的办法!”
“而且……”秦风的嘴角,勾起一抹只有他自己才懂的神秘笑容,“我好像……已经有那么一点点……不太成熟的小想法了。”
他知道,他脑海中那个无所不能的“学神黑科技系统”,是绝不会坐视自己的宿主被这点小小的技术瓶颈给难住的。
或许,一场新的、充满了挑战与机遇的“系统任务”,即将……降临?
秦风的眼中,闪烁着期待的光芒。
暴风雨前的宁静,往往孕育着更大的惊喜。
而“秦之队”的传奇,也注定要在一次次的攻坚克难中,书写得更加辉煌!