科學(xué)家創(chuàng)造出了一種非常神秘的材料，這種材料似乎能在最高15°C的室溫下實(shí)現(xiàn)超導(dǎo)，創(chuàng)下了超導(dǎo)性的一個(gè)新紀(jì)錄。通常來(lái)說(shuō)，超導(dǎo)現(xiàn)象離不開極低的溫度。雖然目前對(duì)這種材料的了解還很少，但它展現(xiàn)了2015年發(fā)現(xiàn)的一類超導(dǎo)體的潛力。

當(dāng)然，這個(gè)超導(dǎo)體有一個(gè)很大的限制：它只能在存在于極端高壓下——接近于地球中心的壓強(qiáng)，這意味著該材料還無(wú)法直接應(yīng)用。不過(guò)，物理學(xué)家希望它能為更低壓強(qiáng)下的零電阻材料開發(fā)鋪平道路。

從磁共振成像儀到手機(jī)信號(hào)塔，超導(dǎo)體有各種技術(shù)應(yīng)用。研究人員已經(jīng)開始在高性能風(fēng)力渦輪發(fā)電機(jī)中測(cè)試這些超導(dǎo)體。不過(guò)，對(duì)龐大低溫工程的要求依然限制著它們的應(yīng)用。常見超導(dǎo)體可以在大氣壓下工作，但溫度必須極低。即使是最先進(jìn)的超導(dǎo)體——氧化銅基陶瓷材料——也要求溫度在133開爾文（?140?°C）以下。室溫超導(dǎo)體將帶來(lái)巨大的技術(shù)變革，比如能讓電子產(chǎn)品在運(yùn)行更快的同時(shí)不會(huì)過(guò)熱。

《自然》10月14日發(fā)表的最新研究似乎給出了令人信服的高溫超導(dǎo)證據(jù)，德國(guó)馬克斯·普朗克化學(xué)研究所的物理學(xué)家Mikhail Eremets表示。但他也想看到更多來(lái)自實(shí)驗(yàn)的“原始數(shù)據(jù)”。他說(shuō)，這項(xiàng)研究驗(yàn)證了他從2015年開始的一項(xiàng)工作，當(dāng)時(shí)他的團(tuán)隊(duì)報(bào)道了首個(gè)高壓高溫超導(dǎo)體——能在最高?70?°C的溫度下實(shí)現(xiàn)零電阻導(dǎo)電的氫-硫化合物。

2018年，一種高壓氫-鑭化合物被證明［3］可以在?13?°C實(shí)現(xiàn)超導(dǎo)。但最新的研究結(jié)果是第一次用三種而非兩種元素組成的化合物實(shí)現(xiàn)了這類超導(dǎo)——這種材料由碳、硫、氫組成。加入第三種元素極大地拓展了將來(lái)用實(shí)驗(yàn)探索新型超導(dǎo)體所能嘗試的組合，本文作者之一、拉斯維加斯內(nèi)華達(dá)大學(xué)的物理學(xué)家Ashkan Salamat說(shuō)。“我們開辟了一個(gè)全新的探索領(lǐng)域。”他說(shuō)。

高壓但非極高壓下的超導(dǎo)材料已經(jīng)能投入使用了，美國(guó)阿貢國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的高壓材料科學(xué)家Maddury Somayazulu說(shuō)，這項(xiàng)研究表明，通過(guò)“審慎地選擇超導(dǎo)體的第三和第四種元素”，原則上就能把工作壓強(qiáng)降下來(lái)。

這項(xiàng)工作還證實(shí)了紐約康奈爾大學(xué)理論物理學(xué)家Neil Ashcroft幾十年前的預(yù)測(cè)，即富氫材料或許能在比之前認(rèn)為的高得多的溫度下實(shí)現(xiàn)超導(dǎo)。“我認(rèn)為高壓領(lǐng)域之外，很少有人曾把他的話當(dāng)真。”Somayazulu說(shuō)。

神秘材料

紐約羅切斯特大學(xué)的物理學(xué)家Ranga Dias與Salamat等合作者一起，將一種碳?xì)淞蚧旌衔锓湃胨麄冊(cè)趦蓚€(gè)金剛石尖之間切好的微腔中，用激光激發(fā)樣品發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，并觀察到一個(gè)晶體形成。隨著他們不斷將實(shí)驗(yàn)溫度降低，穿過(guò)材料的電流電阻降到了零，顯示該樣品已經(jīng)具有超導(dǎo)性。隨后，他們開始增加壓強(qiáng)，發(fā)現(xiàn)這種轉(zhuǎn)變會(huì)在越來(lái)越高的溫度下出現(xiàn)。最后，他們獲得最佳結(jié)果的實(shí)驗(yàn)條件是287.7開爾文的轉(zhuǎn)變溫度和267吉帕的壓強(qiáng)——相當(dāng)于海平面大氣壓的260萬(wàn)倍。

研究人員還發(fā)現(xiàn)一些證據(jù)表明這個(gè)晶體會(huì)在轉(zhuǎn)變溫度下排擠掉它的磁場(chǎng)，這也是驗(yàn)證超導(dǎo)性的一個(gè)關(guān)鍵。但研究人員提醒稱，這種材料仍有許多未知之處。“還有很多工作要做。”Eremets說(shuō)。我們甚至還沒(méi)搞清楚這種晶體的確切結(jié)構(gòu)和化學(xué)式。“壓強(qiáng)越高，樣品就越來(lái)越小，”Salamat說(shuō)，“那是讓測(cè)量工作最具挑戰(zhàn)性的地方。”

我們對(duì)由氫和另一種元素組成的高壓超導(dǎo)體已經(jīng)積累了足夠的認(rèn)識(shí)。研究人員也對(duì)高壓碳?xì)淞蚧旌衔镞M(jìn)行了計(jì)算機(jī)模擬，紐約州立大學(xué)布法羅分校的計(jì)算化學(xué)家Eva Zurek說(shuō)。但她認(rèn)為，這些研究無(wú)法解釋 Dias團(tuán)隊(duì)所觀察到的異常高的超導(dǎo)溫度。“我確定，這篇文章發(fā)表出來(lái)后，許多理論和實(shí)驗(yàn)研究團(tuán)隊(duì)都會(huì)開始研究這個(gè)問(wèn)題。”她說(shuō)。
責(zé)編AJX