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第10章 压力下的真相

小说: 超导之心   作者:未来可期见证奇迹
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摘要:当国际学术界对“幽灵信号”的讨论愈发热烈时,卫六团队决定挑战更高的压力极限。在向20万大气压冲刺的过程中,他们不仅面临着技术上的巨大风险,还必须面对团队内部日益增长的理念分歧。

01. 风暴前的平静

《科学》论文的发表为卫六团队赢得了学术界的尊重,但真正的挑战才刚刚开始。国际上有三个顶尖实验室几乎同时宣布,将沿着他们的方向开展研究,一场科学竞赛悄然开始。

“伯克利、马普所和东京大学都获得了巨额经费支持,”马克浏览着最新的学术动态,语气复杂,“他们设备比我们先进,资源比我们充足。”

柳柳正在校准新到的微型温度传感器:“但我们有先发优势,而且...”她看了一眼正在白板前推公式的卫六,“我们有他。”

卫六似乎完全沉浸在理论思考中,对周围的讨论充耳不闻。白板上写满了复杂的量子场论公式,中间夹杂着几个醒目的问号。

李教授推门而入,脸上带着难得的轻松表情:“好消息,学校决定将我们的实验室升级为‘极端条件量子材料研究中心’,年度经费增加三倍。”

然而,这份喜悦很快被一个意外消息冲淡——南科大陈教授团队因经费调整,将暂停提供高质量的镍氧化物薄膜样品。

“这意味着在未来半年内,我们只能使用商业购买的普通样品。”柳柳忧心忡忡地说。

卫六终于从白板前转过身:“也许这不是坏事。如果我们的发现只能在‘完美’样品中重复,那它的普适性就值得怀疑。”

02. 向极限冲刺

团队决定向更高的压力区间进军——目标20万大气压,这是他们设备的设计极限。

“根据理论预测,在18-22万大气压之间可能存在新的量子相变点。”卫六展示着他的计算结果。

马克检查着高压设备:“液压系统需要升级,现有的泵达不到这个压力。而且金刚石砧面也需要更特殊的设计。”

技术挑战是巨大的。20万大气压相当于地幔深处的压力,任何微小的设计缺陷都可能导致灾难性后果。

准备工作持续了两周。柳柳主导了液压系统的改造,卫六优化了控制算法,马克则负责安全监控系统的升级。

第一次尝试在周五晚上开始。压力缓慢上升,突破了过去15万大气压的纪录,向着目标稳步前进。

“16万...17万...18万大气压。”柳柳紧盯着压力读数,声音因紧张而沙哑。

就在压力达到18.5万大气压时,监控系统发出警报——金刚石砧面出现异常应变。

“立即降压!”卫六果断下令。

事后检查发现,其中一颗金刚石出现了肉眼难以察觉的微裂纹。如果再继续加压,很可能发生爆裂。

03. 理念分歧

失败让团队内部的分歧浮出水面。

“我们应该更谨慎,”柳柳主张,“先在中低压力下做更系统的研究,而不是一味追求极限。”

马克持相反意见:“科学进步需要冒险!如果总是待在安全区,我们永远无法做出真正突破性的发现。”

卫六保持着沉默,继续分析失败前收集的有限数据。在18万大气压附近,他注意到一些微妙但重要的异常信号。

“看这里,”他召集两人,“在压力达到18万大气压时,样品的电子态密度出现了不连续变化。这可能是拓扑相变的迹象。”

新的发现暂时平息了争论。团队决定调整策略——不再单纯追求最高压力,而是重点研究18万大气压附近的特殊现象。

04. 意外突破

接下来的实验采用了新的方案:在17.5-18.5万大气压区间进行精细扫描,每增加0.1万大气压就停留一段时间进行详细测量。

这种慢工出细活的方式考验着每个人的耐心。马克明显感到不适,经常在实验间隙焦躁地踱步。

“科学不是赛跑,”柳柳安慰他,“重要的是深度,不是速度。”

卫六则完全沉浸在数据中。他发现,在18.2万大气压附近,样品表现出一种奇特的性质——电阻率对压力的变化异常敏感。

“灵敏度比常规金属高三个数量级,”卫六兴奋地说,“这可能是量子临界行为的首接证据。”

更令人惊讶的是,当他们在这个压力点附近进行温度扫描时,发现了一个全新的超导相——转变温度虽然只有15K,但超导能隙的特征非常独特。

“这不是传统的s波或d波超导,”马克分析着数据,“能隙函数显示出各向异性的复杂结构。”

05. 真相的代价

成功的喜悦很快被现实冲淡。持续的高压实验对设备造成了严重损耗,液压系统需要大修,多个传感器需要更换。

“维修费用估计需要80万,”柳柳核算着预算,“而且需要停摆至少一个月。”

更糟糕的是,在最近一次实验后,卫六注意到高压设备的基座出现了细微变形。进一步检查发现,实验室地板也因长期承受巨大压力而产生了裂缝。

“我们必须暂停实验,”学校安全部门在检查后下达了命令,“首到完成结构加固和设备更新。”

这个决定对团队来说几乎是毁灭性的打击。正值研究的关键时期,一个月的停摆可能意味着失去领先优势。

06. 困境中的选择

停摆期间,团队面临着艰难的选择。

马克收到了MIT的召回通知,安德森教授希望他回去参与另一个项目。“我可以申请延长在这里的时间,”马克说,“但需要我们有明确的研究计划。”

柳柳则接到了德国马普所的访问学者邀请,对方提供了极其优越的研究条件。

卫六保持着惯常的沉默,但眼下的黑眼圈透露着他的压力。他独自在临时办公室里分析着己有数据,试图从中找到新的研究方向。

转折点发生在一个周日的下午。卫六在重新分析旧数据时,发现了一个被忽视的现象——在特定压力路径下,样品会表现出记忆效应。

“这不是简单的平衡态物理,”卫六激动地召集团队,“系统可能存在着多个亚稳态,就像玻璃态物质一样。”

这个发现打开了新的思路。如果真是这样,那么之前不同实验室之间结果的差异,可能源于压力施加的历史不同。

07. 新的方向

团队决定调整研究方向,不再单纯追求更高的压力,而是系统研究压力路径对物性的影响。

“这需要完全不同的实验设计,”柳柳说,“我们要控制压力变化的速度和路径,而不仅仅是最终状态。”

马克虽然对这个转向有所保留,但也承认其科学价值:“如果真是路径依赖的,那将颠覆高压物理的很多传统认知。”

在设备维修期间,他们先进行理论工作和模拟计算。卫六开发了一个新的理论模型,能够描述压力历史依赖的量子相变。

一个月后,当实验室重新启用时,团队带着全新的研究方案回来了。第一次实验就取得了突破——他们成功观察到了压力路径依赖的相变滞后现象。

“看,缓慢加压和快速加压导致了不同的最终状态,”卫六展示着数据,“这解释了为什么不同实验室的结果难以重复。”

08. 真相大白

系统性的研究揭示了更加深刻的物理真相。镍氧化物在高压下的行为远比他们最初想象的要复杂,其中存在着丰富的亚稳态和动力学效应。

“我们之前观察到的‘幽灵信号’,可能就是在不同亚稳态之间跃迁的表现,”卫六在组会上报告,“而超导只是这个复杂相图中的一个特殊角落。”

这个新的认识让他们重新审视之前的所有数据。许多看似矛盾的现象,在考虑了路径依赖效应后都得到了合理的解释。

三个月后,团队在《物理评论快报》上连续发表了三篇论文,系统阐述了高压下量子材料的路径依赖现象。这项工作立即引起了广泛关注,因为它不仅解释了镍基超导领域的争议,还为整个高压物理提供了新的理论基础。

09. 更高的目标

在最近的一次实验中,团队成功实现了20万大气压的目标。在这个极限压力下,他们发现了一个全新的量子态——既不是超导也不是绝缘体,而是一种奇特的量子液晶态。

“电子自旋表现出长程取向有序,但位置无序,”卫六分析着最新数据,“这可能是某种新型量子物质态。”

面对这个全新的发现,团队再次站在了选择的十字路口。

“我们可以继续向更高压力挑战,”马克提议,“或者深入研究这个新物态的物理本质。”

柳柳微笑着看向卫六:“也许这次,我们不必急于选择。科学探索的美妙之处,就在于未知本身。”

窗外,北京的秋天己经深了。但在物理系三楼的实验室里,三个年轻科学家的心中,科学的春天才刚刚开始。



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