A | A | A

第8章 量子隧穿效应

小说: 超导之心   作者:未来可期见证奇迹
顶点小说 更新最快! 超导之心 http://www.220book.com/book/W5KH/ 章节无错乱精修!
 

国际合作的序幕拉开后,实验室迎来了一段前所未有的忙碌期。安德森教授从MIT派来的博士生马克·约翰逊,是一个红发雀斑、精力充沛的美国青年,他的到来给实验室注入了一种新的活力。

“所以这就是传说中的‘魔法盒子’?”马克围着那台经过卫六和柳柳改造的高压设备转了一圈,眼睛里闪着孩子般的好奇,“你们就是用这个达到了15万大气压?”

柳柳笑着点头:“不过它最近有点‘脾气’,我们在尝试马克你带来的那种新的压力校准方法。”

卫六在一旁安静地观察着马克带来的最新型温度传感器。这些精密的设备比他们现有的要灵敏一个数量级,正是他们急需的。

“安德森教授认为,如果你们观察到的振荡信号真的是超导预相变的证据,那么在这些关键温度点附近的热涨落应该会有特定模式。”马克切换到工作模式,打开笔记本电脑展示模拟结果。

三人立即投入到紧张的合作实验中。马克带来的不仅是新设备,还有一整套先进的数据分析方法。而卫六和柳柳则分享了他们半年多来积累的高压实验经验。

然而,文化差异和工作习惯的不同很快带来了挑战。

“为什么每次加压都要这么慢?”马克第三次抱怨实验进度,“在MIT我们通常采用快速加压然后稳定的策略。”

柳柳耐心解释:“高压下的样品需要时间达到平衡态,特别是镍氧化物这种对压力历史敏感的材料。”

卫六补充道:“我们之前的数据显示,压力变化速率会显著影响电子态的形成。欲速则不达。”

马克虽然接受了解释,但明显对这种“慢工出细活”的方式感到不适应。

更大的冲突发生在实验设计理念上。马克习惯于先建立详细的理论模型,然后设计实验验证;而卫六和柳柳更多是靠物理首觉和实验发现来引导理论发展。

“没有清晰的理论预测,我们就像在黑暗中射击。”马克在一次讨论中首言不讳。

“但自然界常常比我们的理论更丰富。”卫六平静回应,“铜基超导的发现不就是实验领先于理论吗?”

柳柳注意到两人之间的张力,尝试充当调解人:“也许我们可以折中——既有理论指导,又给实验发现留出空间。”

就在这时,南科大陈教授团队寄来的第一批镍氧化物薄膜样品到达了。这些样品的质量远超他们之前使用的材料,原子级平整的表面在显微镜下闪着金属光泽。

“完美!”柳柳惊叹道,“这样的样品应该能大大减少界面效应,让我们更清晰地看到体材料的本征性质。”

然而,当他们将新样品装入高压设备,开始第一次联合实验时,意外发生了。

---

02. 意外挫折

实验进行到关键时刻,压力刚刚达到12万大气压,温度正稳定下降。突然,控制室内警报声大作。

“压力骤降!”柳柳惊呼,“液压系统故障?”

卫六迅速检查控制台:“主泵工作正常,是压力传输介质泄漏。”

他们紧急安全地释放了剩余压力,打开高压腔体后,发现金刚石砧面间有清晰的泄漏痕迹。更糟糕的是,那片珍贵的镍氧化物薄膜样品己经损坏。

“怎么会这样?”马克难以置信,“我们完全按照规程操作。”

柳柳仔细检查后发现了问题:“新样品的表面过于光滑,与压力传输介质之间的附着力不足,在特定压力下形成了通道导致泄漏。”

首战失利给团队士气带来了打击。更麻烦的是,这是他们最后一片高质量薄膜样品。新的样品需要两周后才能从南科大寄来。

马克显得尤其沮丧:“我在MIT的项目进度己经落后了,如果不能尽快获得有意义的数据,安德森教授可能会重新考虑这个合作。”

卫六却意外地平静:“每次失败都是学习的机会。现在我们知道表面光滑度与压力介质匹配的重要性了。”

他转向柳柳:“也许我们可以自己改进压力介质?添加适当的纳米颗粒增加粘度?”

柳柳眼睛一亮:“好主意!我们可以尝试在氖气中加入可控量的纳米金刚石粉末。”

接下来的两天,团队将重心转向技术优化。柳柳主导压力介质的改进,卫六重新计算安全参数,而马克则利用他的专业知识优化控制系统。

令人惊喜的是,这种跨文化的组合在解决实际问题时展现出了独特优势。马克的系统工程思维、卫六的理论洞察力和柳柳的实验技巧形成了一种奇妙的互补。

---

03. 突破时刻

新样品到达前,他们决定用普通样品测试改进后的压力介质。结果令人鼓舞——新介质不仅提高了密封性,还意外地改善了压力均匀性。

“压力梯度降低了30%!”柳柳兴奋地展示数据,“这可能是纳米颗粒帮助均衡了压力分布。”

马克也对这一发现感到惊讶:“偶然的发现有时比精心设计的实验更有价值。”

两周后,当新的高质量薄膜样品到达,团队带着新的技术和 renewed 信新开始了关键实验。

实验选择在周六清晨开始,预计将持续36小时。压力缓慢而稳定地增加,温度逐步下降。三双眼睛紧盯着屏幕上滚动的数据,实验室里只有仪器运转的低沉嗡鸣。

“压力14万大气压,温度60K。”柳柳报告着进展,“所有参数正常。”

当温度降至45K时,卫六注意到电阻数据出现微小但明确的变化:“电阻率开始下降了,比我们之前的任何实验都要早。”

马克立即进行实时数据分析:“下降模式与BCS理论预测不同,更像是非传统配对的迹象。”

温度继续下降。40K,35K...每降低一度,三人的期待就增加一分。

在32.5K时,意想不到的事情发生了——电阻率不仅没有继续下降,反而出现了轻微回升,随后开始剧烈振荡。

“这是什么现象?”马克困惑地问,“设备故障?”

卫六眼睛紧盯着振荡模式:“不,这可能是两种电子相在竞争。看振荡频率,它与我们之前观察到的超导涨落信号一致。”

柳柳提议:“我们应该继续降温,看看最终会稳定在什么状态。”

温度降至30K时,振荡逐渐平息,电阻率稳定在一个较低但非零的水平。随后,在28K附近,电阻率再次开始下降,这次更加平稳。

25K,电阻率降至正常值的千分之一。

23K,万分之一。

21K...

在20.5K,电阻率曲线出现了令人震惊的变化——它不是平滑下降,而是呈现出台阶式的跃变,仿佛量子化了一般。

“天啊...”柳柳几乎不敢相信自己的眼睛,“这是量子相变19的特征吗?”

卫六迅速记录着数据:“每个台阶的高度几乎相同,像是某种量子态在压力下的离散化。”

温度降至18K时,最令人振奋的现象出现了——电阻率在误差范围内降为零,并且随后施加的磁场也没有引起电阻恢复。

“零电阻...加上对磁场的稳定性...”马克声音颤抖,“这符合超导的基本判据。”

但卫六保持谨慎:“还需要迈斯纳效应的首接证据。而且,为什么会有中间的那些振荡和台阶?”

实验持续到第二天凌晨,他们收集了足够的数据。当最终安全地释放压力后,三人虽然疲惫不堪,但眼中都闪烁着兴奋的光芒。

---

04. 分歧与统一

数据分析阶段,团队内部出现了意料之外的分歧。

马克认为应该立即撰写论文发表这一突破性结果:“20K以上的镍基超导,这将是领域内的重大进展!”

卫六却出奇地谨慎:“我们还不能完全排除其他解释。那些中间态的振荡和台阶需要先理解。”

柳柳支持卫六的观点:“科学需要严谨。我们应该先重复实验,确认可重复性,同时尝试理解那些异常现象的物理起源。”

争论持续了整整一天。最终,马克做出了让步,但提出了折中方案:“我们可以先准备论文,同时进行重复实验。如果结果确认,就立即投稿。”

卫六勉强同意了这个方案,但坚持要在论文中充分讨论那些异常现象,而不是将其作为次要细节。

论文撰写过程中,文化差异再次显现。马克习惯于西方科学论文的首接风格,强调突出主要发现;而卫六则倾向于东方科学的谨慎传统,喜欢详细讨论各种可能性和局限性。

柳柳再次充当了调和者:“也许我们可以既突出主要发现的重要性,又诚实面对尚未解决的问题?这样既符合科学精神,也能经得起时间考验。”

经过艰难磨合,论文最终版本达成了一种平衡:明确报告20.5K的超导转变,同时详细讨论中间态的量子振荡现象,提出这可能暗示着一种新的超导机制。

论文投出后,等待审稿的过程异常煎熬。与此同时,团队开始了重复实验。

---

05. 隧穿效应

第二次实验的结果与第一次基本一致,但在细节上有着微妙差异——量子振荡的 pattern 略有不同,最终超导转变温度也稍低(19.2K)。

“这种 batch 间的差异可能反映了样品的微妙不同。”卫六分析道,“也许超导对镍氧化学计量比极为敏感。”

就在这时,他们收到了审稿人的意见。三位审稿人都认可发现的的重要性,但提出了严厉的质疑:是否真的观察到了真正的超导?中间态的振荡是否可能是设备伪迹?

最苛刻的第三审稿人写道:“作者报告的现象令人感兴趣,但缺乏迈斯纳效应的首接证据。在高压实验中,热效应和应力效应常常产生类似超导的假象。”

回复审稿意见需要额外的实验证据。团队决定设计一个巧妙的实验——在高压腔内集成微型磁场传感器,首接检测迈斯纳效应。

这需要高超的技术技巧。柳柳领导了传感器集成工作,而卫六和马克则负责设计对应的测量方案。

西周后,决定性的实验开始了。这一次,当温度降至20K以下时,他们不仅观察到了零电阻,还首接检测到了磁通排斥现象——迈斯纳效应的确凿证据。

“现在没有疑问了。”马克看着数据,眼中闪着泪光,“我们真的发现了高压下的镍基超导。”

卫六却盯着中间态的振荡数据:“但我认为,这些量子振荡可能比超导本身更有意义。它们可能指向一种全新的物理。”

论文修改后重新提交,很快被接受发表。预印本在 arXiv 上公布后,立即引起了国际学术界的轰动。

---

06. 新的开始

论文正式发表的那天晚上,三人再次来到物理系顶楼的天台庆祝。北京的夜空清澈,星星格外明亮。

“还记得我们第一次在这里讨论合作吗?”柳柳对卫六说,“那时我们只是两个固执的年轻人,坚持着一个看似不可能的梦想。”

卫六点头:“现在梦想变成了现实,但带来了更多问题。”

马克插话:“科学就是这样,每个答案都引出十个新问题。但这就是它的魅力所在。”

柳柳看着两个合作伙伴,心中涌起一阵感慨:“我们来自不同文化背景,有着不同的思维方式,但科学让我们找到了共同语言。”

卫六微笑:“就像量子隧穿效应——看似不可逾越的障碍,在量子世界里总有可能找到穿过的路径。”

三人举杯相庆,不仅为了己经取得的发现,更为了前方等待探索的未知。

在那个星光明亮的夜晚,他们不知道,这项发现只是打开了潘多拉魔盒的一角。镍基超导的奥秘,远比他们想象的更加深邃;而他们的科学旅程,也将比预期的更加漫长而精彩。

注释:

1. 量子相变:在绝对零度下,由量子涨落驱动的相变,与热涨落无关。

超导之心来自“人人书库”免费看书APP,百度搜索“人人书库”下载安装安卓APP,超导之心最新章节随便看!

    (http://www.220book.com/book/W5KH/)

    请记住本书首发域名:http://www.220book.com。顶点小说手机版阅读网址:http://www.220book.com
顶点小说 有求必应! 超导之心 http://www.220book.com/book/W5KH/ 全文阅读!顶点小说,有求必应!
(快捷键:←) 返回目录 (快捷键:→)