硫化氫創高溫超導新紀錄

低溫超導可以使物體懸浮在空中。圖片來源：Kiyoshi Takahase Segundo

　　硫化氫因臭雞蛋氣味而人盡皆知，但這種化合物卻在一個創紀錄的高溫下——203開氏度（-70攝氏度）——擁有導電零電阻。科學家於8月17日在《自然》雜誌上報告了這一研究成果。

　　這項研究的第一個結果發表在去年12月的arXiv預印本伺服器上——它被認為是朝著發現一種室溫超導體邁出的歷史性一步，後續成果於今年6月問世。它們已經在超導研究領域激起了一波興奮的浪潮。

　　一種在室溫下工作的超導體將使日常發電和傳輸變得更為高效，同時可以大幅提升當前對於超導體的使用，例如用於醫學成像儀器的巨大磁體。

　　在《自然》雜誌網站同時發表的一篇新聞與觀點文章中，美國華盛頓哥倫比亞特區海軍研究實驗室Igor Mazin將這項關於硫化氫的發現描述為「超導體的聖杯」。達拉斯市德克薩斯大學物理學家Fan Zhang對此表示贊同，認為這一發現是「歷史性的」並且其影響將「極為深遠」。

　　這項研究由德國美因茨市馬普學會化學研究所Mikhail Eremets、Alexander Drozdov和同事共同完成。

　　研究人員發現，當他們將硫化氫樣品置於極高的壓力下——約150萬個大氣壓（150吉帕斯卡），並冷卻至203開氏度以下，這些樣品便會顯示出超導電性的經典標誌：零電阻和一個被稱為邁斯納效應的現象。當一個超導材料被放置在一個外部磁場中同時材料內部並沒有磁場便發生了邁斯納效應，這一點與普通材料不同。

　　奧地利格拉茨技術大學Christoph Heil表示，其他科學家對這一發現極為感興趣，因為它並沒有使用一些特殊材料便實現了這一壯舉。這些特殊材料包括含有銅的化合物，名為銅氧化物，迄今為止它保持著最高超導溫度的紀錄——常壓下133開氏度（-140攝氏度）、高壓下164開氏度（-109攝氏度）。Heil說，加壓的硫化氫似乎是一個「傳統」的超導體，即在材料晶格中的振動驅動電子形成「庫珀對」，從而能夠在晶體中移動而沒有遭遇電阻。

　　在今年4月的一份計算報告中，法國巴黎第六大學Matteo Calandra及其同事發現，美因茨的硫化氫研究成果能夠用一個基於晶格振動的低溫超導性傳統理論的修改版本加以解釋。這不免讓人感到驚訝，因為科學家曾推斷，超過幾十開氏度溫度下的超導性需要一些並不具有傳統超導性的特殊材料。

　　然而對於其他人而言，這樣的理論分析是多餘的，直到由Eremets和同事取得的這一成果被其他獨立研究團隊的試驗所證實。一些科學家已經在朝著這一目標努力，包括日本大阪大學的Katsuya Shimizu及同事，他們已經觀察到加壓後硫化氫的電阻消失，但還沒有發現邁斯納效應。與此同時，有4個研究團隊——3個來自中國1個來自美國——表示它們已經證實了電或磁效應。

　　如果Eremets及其同事是對的，那麼其他氫化物或許也將成為高溫超導的優質候選者。例如，已經有研究人員在arXiv預印本伺服器上發表理論文章，提出取代了硫的由鉑、鉀、硒或碲與兩個氫原子構成的化合物。

　　超導是指導電材料在溫度接近絕對零度的時候，物體分子熱運動下材料的電阻趨近於0的性質。超導體是指能進行超導傳輸的導電材料。零電阻和抗磁性是超導體的兩個重要特性。使超導體電阻為零的溫度，叫超導臨界溫度。