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高压|287K！室温超导首次实现

研究压力实验物理学家室温高压超导体靳常青硫化氢

中国科学报10月16日10:04来源：中国科学报
作者：辛雨 唐凤
高压|287K！室温超导首次实现文章插图
室温下实现碳—硫—氢体系超导 。图片来源：ADAM FENSTER10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 。
但这种新型室温超导体只能在267GPa（相当于地球中心压力3/4）的压力下工作 。
换句话说 ， 如果研究人员能够将这种材料稳定在环境压力下 ， 超导应用普及的梦想就有望实现 ， 比如用于核磁共振成像和磁悬浮列车、无耗散电流传送和不需要冷却的超强超导磁体等 。
“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” 。
研究人员将碳和硫元素形成的混合物球磨成5微米以下的颗粒 ， 随后装载到金刚石压砧（产生超高压的装置）中 ， 并充入高压氢气 。
在加压的状态下 ， 用紫外光照射 ， 压力和光辐射共同驱动S-S键的光分解 ， 形成硫自由基 ， 并与氢分子反应生成硫化氢 ， 最终制出均匀透明的晶体 。
当将压力提高到148GPa并表征电导率时 ， 研究人员发现材料在147K时变成了超导体 。 将压力进一步增加到267GPa ， 研究小组达到了287K的超导“临界温度” ， 磁性测量也表明样品已经变成了超导体 。
中国科学院物理研究所研究员靳常青表示 ， 该研究提供了旨在证明超导两个最基本特性的实验结果 ， 即零电阻和抗磁性 。
靳常青告诉《中国科学报》 ， 在超高压环境下 ， 样品的量非常小 ， 在文章所述的微米级尺度下检测样品电阻 ， 尤其是磁信号的实验难度非常大 。
“这个实验结果如能得到其他研究组的进一步确认 ， 对超导的基础研究和潜在的室温大规模应用而言 ， 都是相当令人鼓舞的进展 。 科学家需要继续深入认识构效关系 ， 比如通过化学掺杂 ， 如何在较低压力甚至常压下实现室温和更高温度超导 。 ”靳常青说 。
实际上 ， 硫化氢在高压下会变身高温超导体 ， 曾被中国科学家“预言” 。
2014年 ， 吉林大学教授马琰铭、崔田团队各自通过理论计算预测：硫化氢在160GPa下超导临界温度为80K；硫化氢与氢的复合结构在200GPa下超导临界温度在191K至204K之间 。
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关于高温电导率令人信服的证据 。 但他指出 ， Dias小组还不能确定超导化合物的精确结构 ， 他希望从实验中看到更多的“原始数据” 。
【高压|287K！室温超导首次实现】Dias等人表示很快就会着手解决这个问题 ， 而且他们可能也会用其他元素来替代三组分混合物 ， 希望能产生温度更高的超导体 。


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