羅徹斯特大學量子材料實驗室,最新宣稱創造了神秘室溫超導體

2020-12-12 化學者

羅徹斯特大學Dias研究小組量子材料實驗室，在極端條件下，創造了神秘的室溫超導體。儘管他們宣稱已經實現了在室溫下超導材料的長期追求目標，但是美國羅切斯特大學的研究人員並不知道其確切成分。

國內超導研究現場

Ranga Dias及其同事獲取的碳氫和硫化合物在288K（15C）溫度下、155GPa的壓力下是超導的，這種壓力是地球大氣壓的155萬倍。但這意味著無需將其冷卻至-140°C，這是當今零電阻商業超導體所需要的。迪亞斯告訴《化學世界》編輯說：「我們想慶祝這一點。」 「擁有第一臺室溫超導體是物理學的聖地之一。」

它可能代表了高壓科學成就的頂峰

由於該材料是由相對原子質量很小的元素組成的，因此科學家無法使用X射線晶體學揭示它們的確切排列。提供結構細節的拉曼光譜信號在60GPa以上也消失了。

其他小組的理論研究表明，該物質的分子式或在CSH6至CSH8範圍內，但尚未得到證實。

儘管如此，Dias的團隊和其他團隊正在尋求降低所需的壓力，從而使易於使用的超導體材料能夠傳輸強大的電力和電磁。

超導氫化物的發展為尋求突破室溫超導研究人員提供了啟示。上圖中，Bardeen、Cooper和Schrieffer超導體以綠色圓圈表示，重費米子以綠色球形表示，碳同素異形體以紅色三角形表示，buckminsterfullerenes以紫色三角形表示，鐵光致發光劑以橙色正方形表示，銅酸鹽以藍色菱形表示。

Dias的團隊是在金剛石砧座單元（DAC）中兩顆金剛石的尖端之間的微小和極高壓力的空間中尋求室溫超導體。Dias強調說，只有在德國美因茲的馬克斯·普朗克化學研究所的Mikhail Eremets及其同事的幫助下，他的工作才有可能實現。

2014年德國研究小組表明，硫化氫超導的臨界溫度（T c）在150GPa時為203K。從那時起，其他化合物提高了Tc值。美國伊利諾伊大學的Eremets和由Russell Hemley帶領的團隊發現LaH10有一個牛逼Tc，比去年同期增長25萬到180GPa。

迪亞斯解釋說，這些材料類似於金屬氫。預計該物質是在高壓下形成的高溫超導體。富氫系統的行為類似，但壓力較低，例如硫化氫和LaH10處於「正確的軌道」。羅切斯特團隊添加了第三個元素，因為它使更多結構可用。迪亞斯認為，更高的Tc會「增加您的機會」 。

迪亞斯解釋說，LaH10和氫化釔構成了籠形結構，其中釔和鑭原子位於氫原子之間。這與硫化氫模擬的高壓下預測的氫的共價金屬結構不同。迪亞斯說：「碳是一種共價元素，可以結合許多鍵，因此很容易製造共價金屬。」 '我們認為向硫中添加碳可能會有所作為，這是一種直覺。」

減輕壓力

研究人員還以與LaH10不同的方式製造這種新材料，LaH10是在非常高的溫度和壓力下形成的。相比之下，羅切斯特（Rochester）小組的方法是在4GPa壓力下，將數瓦綠色雷射照射到含有碳氫和氫硫混合物的DAC中數小時，然後再進一步提高。

DAC還包含一些探針，這些探針顯示出材料的電阻降至零，並具有超導體所期望的磁性。迪亞斯說：「我們可以以受控的方式綜合這一點。」 昨天我與埃勒梅茨教授進行了愉快的討論，我給了他所有的資料，以便他可以遵循完全相同的程序。從某種意義上說，故障率很高，但在耐心的幫助下，您一定可以完成它。

Dias小組使用的鑽石砧盒可以產生相當於行星中心相似的壓力。來自伊利諾州芝加哥阿貢國家實驗室的Maddury Somayazulu在LaH10的工作中發揮了重要作用，稱該工作「光彩照人」。

他說，這可能代表了建立室溫超導性的高壓科學成就的頂峰。Somayazulu說，數據「非常純粹、精確和廣泛」，並且「毫無疑問地保證了其準確性」。他補充說，單晶衍射、邊緣結構附近的X射線吸收和X射線拉曼光譜將揭示該材料的結構秘密。

顯微照片顯示了具有四探針配置的電引線的超導碳-硫-氫樣品的光化學過程，用於電阻測量。

美國紐約州立大學布法羅分校的Eva Zurek小組是在理論計算中研究碳硫氫系統的小組之一。祖雷克（Zurek）指出，他們無法解釋迪亞斯（Dias）團隊測得的「異常高」 Tc。

她補充說：「令人興奮的是，這種超導系統由可能形成強鍵的p嵌段元素組成。」 如果建立這樣的鍵，就有可能將超導相驟冷至更低的壓力。她補充說，室溫或室溫下的超導體「肯定會獲得諾貝爾獎」。

Dias說，接下來的重要步驟包括了解材料的結構和超導機理。他說：「這可以使我們設計出一種高溫超導體的材料，其壓力要低得多，甚至可能在自然環境壓力下。」

他的團隊一直在應對這一挑戰，並創立了一家名為Unearthly Materials的公司。迪亞斯還補充說，他的團隊很快就出現了與氫化釔有關的結果。

以上科技新聞，由安迪EXTANCE於 2020年10月15日發表於《化學世界》。

參考文獻：

1 E Snider等，自然，2020，DOI：10.1038 / s41586-020-2801-z

2 AD Grockowiak等，2020，arXiv：2006.03004

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