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287K!室溫超導出爐了

2020-10-16 中国科学报 辛雨 唐凤
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室温下实现碳—硫—氢体系超导。图片来源:ADAM FENSTER

  10月14日,《自然》报道了美国罗切斯特大学物理学家Ranga Dias联合内华达大学等团队在室温超导领域的重大突破:实现287K(约15℃)温度下的碳—硫—氢体系超导。

  但這種新型室溫超導體只能在267GPa(相當于地球中心壓力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,比如用于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。

  “这是一个里程碑。”英国剑桥大学物理学家Chris Pickard说。但是,美国加州大学圣迭戈分校物理学家Brian Maple认为,该实验的极端条件意味着,尽管它“相当惊人”,但“这肯定不会对制造中的设备有用”。

  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(産生超高壓的裝置)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並表征電導率時,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系,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下超導臨界溫度爲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,德国马普学会化学研究所物理学家Mikhail Eremets团队在高压条件下的硫化氢结构中达到了203K(约-70℃)的超导临界温度。2019年,Eremets团队再次在《自然》发文报告了镧—氢化物在170GPa、250K(约-23℃)的超导性,这也是此前高温超导体的最高临界温度纪录。

  Eremets表示,此次最新研究似乎提供了關于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,希望能産生溫度更高的超導體。

  相关論文信息:

  https://doi.org/10.1038/s41586-020-2801-z

打印 責任編輯:侯茜

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