287K!室溫超導首次實現

2020-11-25 騰訊網

作者 |辛雨 唐鳳

室溫下實現碳—硫—氫體系超導。 圖片來源：ADAM FENSTER

10月14日，《自然》報導了美國羅切斯特大學物理學家Ranga Dias聯合內華達大學等團隊在室溫超導領域的重大突破：實現287K（約15℃）溫度下的碳—硫—氫體系超導。

但這種新型室溫超導體只能在267GPa（相當於地球中心壓力3/4）的壓力下工作。

換句話說，如果研究人員能夠將這種材料穩定在環境壓力下，超導應用普及的夢想就有望實現，比如用於核磁共振成像和磁懸浮列車、無耗散電流傳送和不需要冷卻的超強超導磁體等。

「這是一個裡程碑。」英國劍橋大學物理學家Chris Pickard說。

但是，美國加州大學聖地牙哥分校物理學家Brian Maple認為，該實驗的極端條件意味著，儘管它「相當驚人」，但「這肯定不會對製造中的設備有用」。

研究人員將碳和硫元素形成的混合物球磨成5微米以下的顆粒，隨後裝載到金剛石壓砧（產生超高壓的裝置）中，並充入高壓氫氣。

在加壓的狀態下，用紫外光照射，壓力和光輻射共同驅動S-S鍵的光分解，形成硫自由基，並與氫分子反應生成硫化氫，最終制出均勻透明的晶體。

當將壓力提高到148GPa並表徵電導率時，研究人員發現材料在147K時變成了超導體。將壓力進一步增加到267GPa，研究小組達到了287K的超導「臨界溫度」，磁性測量也表明樣品已經變成了超導體。

中國科學院物理研究所研究員靳常青表示，該研究提供了旨在證明超導兩個最基本特性的實驗結果，即零電阻和抗磁性。

靳常青告訴《中國科學報》，在超高壓環境下，樣品的量非常小，在文章所述的微米級尺度下檢測樣品電阻，尤其是磁信號的實驗難度非常大。

「這個實驗結果如能得到其他研究組的進一步確認，對超導的基礎研究和潛在的室溫大規模應用而言，都是相當令人鼓舞的進展。科學家需要繼續深入認識構效關係，比如通過化學摻雜，如何在較低壓力甚至常壓下實現室溫和更高溫度超導。」靳常青說。

實際上，硫化氫在高壓下會變身高溫超導體，曾被中國科學家「預言」。

2014年，吉林大學教授馬琰銘、崔田團隊各自通過理論計算預測：硫化氫在160GPa下超導臨界溫度為80K；硫化氫與氫的複合結構在200GPa下超導臨界溫度在191K至204K之間。

2015年，德國馬普學會化學研究所物理學家Mikhail Eremets團隊在高壓條件下的硫化氫結構中達到了203K（約-70℃）的超導臨界溫度。

2019年，Eremets團隊再次在《自然》發文報告了鑭—氫化物在170GPa、250K（約-23℃）的超導性，這也是此前高溫超導體的最高臨界溫度紀錄。

Eremets表示，此次最新研究似乎提供了關於高溫電導率令人信服的證據。但他指出，Dias小組還不能確定超導化合物的精確結構，他希望從實驗中看到更多的「原始數據」。

Dias等人表示很快就會著手解決這個問題，而且他們可能也會用其他元素來替代三組分混合物，希望能產生溫度更高的超導體。

《中國科學報》 (2020-10-16 第1版 要聞)

編輯 | 趙路

排版 | 志海

方法如下

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