室温超导体有望催生 利用DNA精确操控碳纳米管晶格

2022-08-04 10:25:13  信息编号：K223150  浏览次数：680

如何跨越数百千米的距离将来自偏远之地的电力输送至城市，一直是我们面临的最大挑战之一。最先进的超导电缆可将电能输送几千千米而仅有百分之几的损耗，然而电缆必须要一直浸在约-196℃的液氮之中。因此，如果要架设这样的电缆，每隔一千米左右就必须安装泵机和冷却设备，大大增加了超导电缆方案的成本和复杂程度。

室温超导体材料能够在无需冷却的条件下零电阻导电，一旦实现，将对我们的电网基础设施、高精尖物理科研设备、量子计算、通信设备等诸多领域产生革命性影响。例如，医院的核磁共振成像设备，在强磁场下可以实现对大脑中单个神经元级别的超高分辨率；实现无能量损耗的超导输电和储能系统；发展能量更高的高能粒子加速器；在移动通讯领域用性能更好的滤波器；促进太赫兹侦测技术发展；研发新一代的超导量子计算机；人们出行能甚至可能乘坐达到600公里以上时速的超导磁悬浮列车。然而自从50多年前，斯坦福大学物理学家威廉·利特尔首次提出室温超导体后，迄今一直未能真正实现。

日前，美国科学家在最新一期《科学》杂志上发表论文指出，他们利用DNA，精确修改碳纳米管晶格，使晶格可以按需精确组装并按预期发挥作用，从而克服了室温超导体研制过程中此前被认为几乎无法逾越的障碍，有望催生出能彻底改变电子技术的室温超导体。

碳纳米管是一种空心圆柱体，尺寸非常小。弗吉尼亚大学医学院的爱德华·埃格曼博士研究团队对碳纳米管晶格进行修改，他们要控制控制纳米管沿线的化学反应，使晶格可以按需精确组装，并按预期发挥作用，这是一个巨大的挑战。

他们利用化学方法在单个分子水平上实现了精确的结构工程构建，组装出了利特尔室温超导体所需要的碳纳米管晶格。该项研究表明，利用DNA序列控制相邻反应位点之间的间距，可以对碳纳米管进行精准操控。尽管研究人员们所造出的晶格目前尚未进行超导性测试，但它验证了制造利特尔室温超导体的可能性。

该DNA引导晶格构建方法有望应用于多个领域，尤其是物理学领域，同时该研究也表明，生物学领域的方法实际上可以用于解决物理学和工程学领域的问题。