編譯 蔡立英

科學(xué)家創(chuàng)造了一種神秘的超導(dǎo)材料，似乎能在高達(dá)約15℃的溫度下實(shí)現(xiàn)零電阻導(dǎo)電。這創(chuàng)造了超導(dǎo)臨界溫度的最高紀(jì)錄，因?yàn)槌瑢?dǎo)現(xiàn)象通常在非常低的溫度下才能實(shí)現(xiàn)。

科學(xué)家對這種新超導(dǎo)材料了解甚少，但它顯示了2015年發(fā)現(xiàn)的一類超導(dǎo)體的潛力。但是，這種超導(dǎo)體具有一種嚴(yán)重局限：只能在近乎地球中心壓力的極高壓力下存在，意味著它不會(huì)有任何實(shí)際應(yīng)用。盡管如此，物理學(xué)家仍然希望，這個(gè)超導(dǎo)體能夠?yàn)檩^低壓力下工作的零電阻材料的開發(fā)鋪平道路。

從磁共振成像儀到手機(jī)信號(hào)基站，超導(dǎo)體有很多技術(shù)應(yīng)用；而研究人員開始試驗(yàn)在風(fēng)力渦輪機(jī)的高性能發(fā)電機(jī)中應(yīng)用超導(dǎo)體。但是，由于需要龐大的低溫設(shè)備，它們的用途仍然受到限制。普通超導(dǎo)體在大氣壓下工作，但前提是必須保持極低的溫度。即使是最尖端的銅氧化物陶瓷材料也只能在133K（-140℃）以下工作。在室溫下工作的超導(dǎo)體可能會(huì)產(chǎn)生重大的技術(shù)影響，例如，應(yīng)用于運(yùn)行速度更快而不會(huì)過熱的電子產(chǎn)品中。

德國美茵茲馬克斯·普朗克化學(xué)研究所的物理學(xué)家米哈伊爾·埃雷梅茨（Mikhail Eremets）表示，10月14日發(fā)表在《自然》雜志上的這項(xiàng)最新研究成果似乎提供了令人信服的高溫導(dǎo)電性證據(jù)，盡管他說希望看到更多“原始數(shù)據(jù)”。他補(bǔ)充道，這項(xiàng)最新成果證明了他于2015年開始的一系列工作是正確的，當(dāng)時(shí)他的團(tuán)隊(duì)報(bào)告了第一個(gè)高壓高溫超導(dǎo)體——一種氫和硫的化合物，在高達(dá)-70℃的臨界溫度下電阻為零。

2018年，一種由氫和鑭組成的高壓化合物在-13℃下表現(xiàn)出超導(dǎo)電性。但是最新的研究成果說明：這種超導(dǎo)電性首次出現(xiàn)在由三種元素而非兩種元素組成的化合物中——新發(fā)現(xiàn)的超導(dǎo)材料由碳、硫和氫制成。研究論文的合著者、美國內(nèi)華達(dá)大學(xué)拉斯維加斯分校的物理學(xué)家阿什坎·薩拉馬特（Ashkan Salamat）認(rèn)為，添加第三種元素大大拓寬了未來尋找新超導(dǎo)體的實(shí)驗(yàn)組合。他宣稱：“我們開辟了一個(gè)全新的探索領(lǐng)域?！?/p>

美國伊利諾伊州萊蒙特市阿貢國家實(shí)驗(yàn)室的高壓材料科學(xué)家馬杜里·索馬亞祖魯（Maddury Somayazulu）指出，在高壓但不是極端高壓下的超導(dǎo)材料已經(jīng)可以投入使用。他認(rèn)為，這項(xiàng)研究表明，通過“明智選擇超導(dǎo)體中的第三和第四種元素”，原則上可以降低超導(dǎo)體工作的壓力條件。

這項(xiàng)工作也證實(shí)了紐約州伊薩卡市康奈爾大學(xué)的理論物理學(xué)家尼爾·阿什克羅夫特（Neil Ashcroft）幾十年前的預(yù)測，即富氫材料可以在比人們認(rèn)為的高得多的溫度下實(shí)現(xiàn)超導(dǎo)。索馬亞祖魯說：“我認(rèn)為，在高壓研究界之外，很少有人把他的預(yù)測當(dāng)回事?！?/p>

美國紐約羅切斯特大學(xué)的物理學(xué)家蘭加·迪亞斯（Ranga Dias）與薩拉馬特以及其他合作者一起，將碳、氫和硫的混合物放入由一對金剛石對頂砧組成的金剛石砧中。然后，他們用激光觸發(fā)樣品發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，并觀察晶體的形成。他們降低實(shí)驗(yàn)溫度，發(fā)現(xiàn)通過材料的電流電阻降為零，這表明該樣品已變得具有超導(dǎo)電性。他們增加壓力，發(fā)現(xiàn)超導(dǎo)轉(zhuǎn)變發(fā)生的溫度越來越高。他們的最佳實(shí)驗(yàn)結(jié)果是在267吉帕斯卡（相當(dāng)于海平面大氣壓的260萬倍）下，超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度為287.7K（約15℃）。

研究人員還發(fā)現(xiàn)了一些證據(jù)，證明這種晶體在轉(zhuǎn)變溫度下屏蔽了磁場，這是超導(dǎo)電性的一項(xiàng)關(guān)鍵判據(jù)。但是，研究人員提醒說，這種新材料的許多特性仍然未知。埃雷梅茨說：“還有很多研究工作要做。”科學(xué)家甚至連這種晶體的確切結(jié)構(gòu)和化學(xué)式都還不清楚。薩拉馬特說：“施加更高的壓力時(shí)，樣本量就會(huì)變??；這就是這類的測量真正具有挑戰(zhàn)性的原因?！?/p>

由氫和另一種元素制成的高壓超導(dǎo)體是眾所周知的。紐約州立大學(xué)布法羅分校的計(jì)算化學(xué)家伊娃·祖雷克（Eva Zurek）說，研究人員已經(jīng)對碳、氫和硫的高壓混合物進(jìn)行了計(jì)算機(jī)模擬。但是她說，這些研究無法解釋迪亞斯研究團(tuán)隊(duì)看到的異常高的超導(dǎo)臨界溫度。她說：“我相信，這篇論文發(fā)表后，許多理論和實(shí)驗(yàn)研究團(tuán)隊(duì)都會(huì)‘圍攻’這個(gè)問題?！?/p>

資料來源Nature