自從1911年超導現象被發現以來，室溫超導一直是人們孜孜以求的目標。然而，基於電－聲耦合機制的常規超導體，其超導臨界溫度（Tc）通常很難超過麥克米蘭極限~40K。上世紀80年代發現的銅氧化物高溫超導體為實現室溫超導帶來了希望，但經過30多年的研究，最高Tc（常壓下~134K，高壓下~164K）很難進一步提高，而且非常規超導機理至今仍懸而未決。另一方面，根據BCS理論，人們預期如果在高壓下獲得金屬氫或高度富氫材料可能會實現高溫甚至室溫超導。按照這種思路，近年來人們在理論設計和實驗合成富氫高溫超導體方面取得了重要進展，尤其是2014年發現硫化氫在高壓條件下呈現出Tc = 203 K的高溫超導電性，打破了之前銅氧化物高溫超導體保持的紀錄，極大地激發了人們探索室溫超導的熱情。2019年，來自德國和美國的兩個研究小組，分別獨立報導了超高壓下合成的籠型富氫材料LaH10+δ具有Tc = 250-260 K的近室溫超導，在國際上吸引了廣泛關注。然而，由於LaH10+δ及相關富氫超導材料的研究涉及兆巴（百萬大氣壓）超高壓條件下的原位高溫合成和低溫電輸運測量，對高壓實驗技術提出較高的要求。
最近，中國科學院物理研究所/北京凝聚態物理國家研究中心極端條件物理重點實驗室EX6課題組的洪芳副研究員、於曉輝副研究員、程金光研究員和超導國家重點實驗室的趙忠賢院士與北京高壓科學中心楊留響研究員通力合作，克服各種高壓技術難點，通過在70微米的金剛石對頂砧檯面上手工布置標準四電極引線，採用氨硼烷作為氫源，利用雷射加熱使其分解產生氫氣並與放置在金剛石對頂砧壓腔內的La金屬薄片反應。通過調節雷射加熱溫度，在165 GPa，1700 K加熱得到了Tc ≈ 240-250K的LaH10+δ。通過不同磁場下的電阻測試，進一步確認LaH10+δ的高溫超導轉變（圖1）。
該工作不僅成功重複出了之前德國和美國研究組發現的LaH10+δ高溫超導體，而且還發展了利用金剛石對頂砧開展兆巴高壓下的原位雷射加熱與標準四電極電阻測試技術。該實驗路線相對簡單、易於推廣，有助於推動超高壓下富氫高溫超導材料的探索研究。
相關成果近期發表在Chinese Physics Letters 37, 107401 (2020)。參與該工作的還有物理所EX6課題組的單鵬飛、楊芃燾、劉子儀、孫建平、殷雲宇。相關實驗使用了在建的國家重大科技基礎設施項目—綜合極端條件實驗裝置的部分高壓實驗設備。該工作還得到了中科院B類先導專項、國家自然科學基金委、北京市自然科學基金和科技部重點研發計劃項目的支持。
[1] F. Hong, L. X. Yang, P. F. Shan, P. T. Yang, Z. Y. Liu, J. P. Sun, Y. Y. Yin, X. H. Yu, J. G. Cheng, Z. X. Zhao; 「Superconductivity of lanthanum superhydride investigated using the standard four-probe configuration under high pressures」, Chinese Physics Letters (2020) 37, 107401
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圖1. 左圖為雷射加熱前後的樣品和電極對比圖，右圖為升降溫過程測試的電阻數據顯示出超導轉變；插圖為不同磁場下的電阻數據，顯示超導轉變隨磁場增加而逐漸向低溫移動。
編輯：dogcraft