硫化氫創(chuàng)高溫超導(dǎo)新紀錄

研究人員正在嘗試復(fù)制并理解這一里程碑式成果

　　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(chuàng)紀錄的高溫下——203開氏度(-70攝氏度)——擁有導(dǎo)電零電阻?？茖W(xué)家于8月17日在《自然》雜志上報告了這一研究成果。

　　這項研究的第一個結(jié)果發(fā)表在去年12月的arXiv預(yù)印本服務(wù)器上——它被認為是朝著發(fā)現(xiàn)一種室溫超導(dǎo)體邁出的歷史性一步，后續(xù)成果于今年6月問世。它們已經(jīng)在超導(dǎo)研究領(lǐng)域激起了一波興奮的浪潮。

　　一種在室溫下工作的超導(dǎo)體將使日常發(fā)電和傳輸變得更為高效，同時可以大幅提升當前對于超導(dǎo)體的使用，例如用于醫(yī)學(xué)成像儀器的巨大磁體。

　　在《自然》雜志網(wǎng)站同時發(fā)表的一篇新聞與觀點文章中，美國華盛頓哥倫比亞特區(qū)海軍研究實驗室Igor Mazin將這項關(guān)于硫化氫的發(fā)現(xiàn)描述為“超導(dǎo)體的圣杯”。達拉斯市得克薩斯大學(xué)物理學(xué)家Fan Zhang對此表示贊同，認為這一發(fā)現(xiàn)是“歷史性的”并且其影響將“極為深遠”。

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

　　研究人員發(fā)現(xiàn)，當他們將硫化氫樣品置于極高的壓力下——約150萬個大氣壓(150吉帕斯卡)，并冷卻至203開氏度以下，這些樣品便會顯示出超導(dǎo)電性的經(jīng)典標志：零電阻和一個被稱為邁斯納效應(yīng)的現(xiàn)象。當一個超導(dǎo)材料被放置在一個外部磁場中同時材料內(nèi)部并沒有磁場便發(fā)生了邁斯納效應(yīng)，這一點與普通材料不同。

　　奧地利格拉茨技術(shù)大學(xué)Christoph Heil表示，其他科學(xué)家對這一發(fā)現(xiàn)極為感興趣，因為它并沒有使用一些特殊材料便實現(xiàn)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(dǎo)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(tǒng)”的超導(dǎo)體，即在材料晶格中的振動驅(qū)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(xué)Matteo Calandra及其同事發(fā)現(xiàn)，美因茨的硫化氫研究成果能夠用一個基于晶格振動的低溫超導(dǎo)性傳統(tǒng)理論的修改版本加以解釋。這不免讓人感到驚訝，因為科學(xué)家曾推斷，超過幾十開氏度溫度下的超導(dǎo)性需要一些并不具有傳統(tǒng)超導(dǎo)性的特殊材料。

　　然而對于其他人而言，這樣的理論分析是多余的，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(xué)家已經(jīng)在朝著這一目標努力，包括日本大阪大學(xué)的Katsuya Shimizu及同事，他們已經(jīng)觀察到加壓后硫化氫的電阻消失，但還沒有發(fā)現(xiàn)邁斯納效應(yīng)。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(jīng)證實了電或磁效應(yīng)。

　　如果Eremets及其同事是對的，那么其他氫化物或許也將成為高溫超導(dǎo)的優(yōu)質(zhì)候選者。例如，已經(jīng)有研究人員在arXiv預(yù)印本服務(wù)器上發(fā)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(gòu)成的化合物。

　　超導(dǎo)是指導(dǎo)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于0的性質(zhì)。超導(dǎo)體是指能進行超導(dǎo)傳輸?shù)膶?dǎo)電材料。零電阻和抗磁性是超導(dǎo)體的兩個重要特性。使超導(dǎo)體電阻為零的溫度，叫超導(dǎo)臨界溫度。（作者：趙熙熙）