硫化氫創(chuàng)高溫超導(dǎo)新紀(jì)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(gè)創(chuàng)紀(jì)錄的高溫下——203開(kāi)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(bào)告了這一研究成果。

　　這項(xiàng)研究的第一個(gè)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(rèn)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(wèn)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(shí)可以大幅提升當(dāng)前對(duì)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(shí)發(fā)表的一篇新聞與觀點(diǎn)文章中，美國(guó)華盛頓哥倫比亞特區(qū)海軍研究實(shí)驗(yàn)室Igor Mazin將這項(xiàng)關(guān)于硫化氫的發(fā)現(xiàn)描述為“超導(dǎo)體的圣杯”。達(dá)拉斯市得克薩斯大學(xué)物理學(xué)家Fan Zhang對(duì)此表示贊同，認(rèn)為這一發(fā)現(xiàn)是“歷史性的”并且其影響將“極為深遠(yuǎn)”。

　　這項(xiàng)研究由德國(guó)美因茨市馬普學(xué)會(huì)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(dāng)他們將硫化氫樣品置于極高的壓力下——約150萬(wàn)個(gè)大氣壓(150吉帕斯卡)，并冷卻至203開(kāi)氏度以下，這些樣品便會(huì)顯示出超導(dǎo)電性的經(jīng)典標(biāo)志：零電阻和一個(gè)被稱為邁斯納效應(yīng)的現(xiàn)象。當(dāng)一個(gè)超導(dǎo)材料被放置在一個(gè)外部磁場(chǎng)中同時(shí)材料內(nèi)部并沒(méi)有磁場(chǎng)便發(fā)生了邁斯納效應(yīng)，這一點(diǎn)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(duì)這一發(fā)現(xiàn)極為感興趣，因?yàn)樗](méi)有使用一些特殊材料便實(shí)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(jì)錄——常壓下133開(kāi)氏度(-140攝氏度)、高壓下164開(kāi)氏度(-109攝氏度)。Heil說(shuō)，加壓的硫化氫似乎是一個(gè)“傳統(tǒng)”的超導(dǎo)體，即在材料晶格中的振動(dòng)驅(qū)動(dòng)電子形成“庫(kù)珀對(duì)”，從而能夠在晶體中移動(dòng)而沒(méi)有遭遇電阻。

　　在今年4月的一份計(jì)算報(bào)告中，法國(guó)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(gè)基于晶格振動(dòng)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?yàn)榭茖W(xué)家曾推斷，超過(guò)幾十開(kāi)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(duì)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(dú)立研究團(tuán)隊(duì)的試驗(yàn)所證實(shí)。一些科學(xué)家已經(jīng)在朝著這一目標(biāo)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(méi)有發(fā)現(xiàn)邁斯納效應(yīng)。與此同時(shí)，有4個(gè)研究團(tuán)隊(duì)——3個(gè)來(lái)自中國(guó)1個(gè)來(lái)自美國(guó)——表示它們已經(jīng)證實(shí)了電或磁效應(yīng)。

　　如果Eremets及其同事是對(duì)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(gè)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(duì)零度的時(shí)候，物體分子熱運(yùn)動(dòng)下材料的電阻趨近于0的性質(zhì)。超導(dǎo)體是指能進(jìn)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(gè)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）