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硫化氢创高温超导新纪录

研究人员正在尝试复制并理解这一里程碑式成果

2015-08-19 中国科学报 赵熙熙
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低温超导可以使物体悬浮在空中。图片来源:Kiyoshi Takahase Segundo

  硫化氢因臭鸡蛋气味而人尽皆知,但这种化合物却在一个创纪录的高温下——203开氏度(-70摄氏度)——拥有导电零电阻。科学家于8月17日在《自然》杂志上报告了这一研究成果。

  这项研究的第一个结果发表在去年12月的arXiv预印本服务器上——它被认为是朝着发现一种室温超导体迈出的历史性一步,后续成果于今年6月问世。它们已经在超导研究领域激起了一波兴奋的浪潮。

  一种在室温下工作的超导体将使日常发电和传输变得更为高效,同时可以大幅提升当前对于超导体的使用,例如用于医学成像仪器的巨大磁体。

  在《自然》杂志网站同时发表的一篇新闻与观点文章中,美国华盛顿哥伦比亚特区海军研究实验室Igor Mazin将这项关于硫化氢的发现描述为“超导体的圣杯”。达拉斯市得克萨斯大学物理学家Fan Zhang对此表示赞同,认为这一发现是“历史性的”并且其影响将“极为深远”。

  这项研究由德国美因茨市马普学会化学研究所Mikhail Eremets、Alexander Drozdov和同事共同完成。

  研究人员发现,当他们将硫化氢样品置于极高的压力下——约150万个大气压(150吉帕斯卡),并冷却至203开氏度以下,这些样品便会显示出超导电性的经典标志:零电阻和一个被称为迈斯纳效应的现象。当一个超导材料被放置在一个外部磁场中同时材料内部并没有磁场便发生了迈斯纳效应,这一点与普通材料不同。

  奥地利格拉茨技术大学Christoph Heil表示,其他科学家对这一发现极为感兴趣,因为它并没有使用一些特殊材料便实现了这一壮举。这些特殊材料包括含有铜的化合物,名为铜氧化物,迄今为止它保持着最高超导温度的纪录——常压下133开氏度(-140摄氏度)、高压下164开氏度(-109摄氏度)。Heil说,加压的硫化氢似乎是一个“传统”的超导体,即在材料晶格中的振动驱动电子形成“库珀对”,从而能够在晶体中移动而没有遭遇电阻。

  在今年4月的一份计算报告中,法国巴黎第六大学Matteo Calandra及其同事发现,美因茨的硫化氢研究成果能够用一个基于晶格振动的低温超导性传统理论的修改版本加以解释。这不免让人感到惊讶,因为科学家曾推断,超过几十开氏度温度下的超导性需要一些并不具有传统超导性的特殊材料。

  然而对于其他人而言,这样的理论分析是多余的,直到由Eremets和同事取得的这一成果被其他独立研究团队的试验所证实。一些科学家已经在朝着这一目标努力,包括日本大阪大学的Katsuya Shimizu及同事,他们已经观察到加压后硫化氢的电阻消失,但还没有发现迈斯纳效应。与此同时,有4个研究团队——3个来自中国1个来自美国——表示它们已经证实了电或磁效应。

  如果Eremets及其同事是对的,那么其他氢化物或许也将成为高温超导的优质候选者。例如,已经有研究人员在arXiv预印本服务器上发表理论文章,提出取代了硫的由铂、钾、硒或碲与两个氢原子构成的化合物。

  超导是指导电材料在温度接近绝对零度的时候,物体分子热运动下材料的电阻趋近于0的性质。超导体是指能进行超导传输的导电材料。零电阻和抗磁性是超导体的两个重要特性。使超导体电阻为零的温度,叫超导临界温度。

打印 责任编辑:侯茜
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