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常温超导15℃首次实现了

罗切斯特大学的物理学家兰加·迪亚斯(Ranga Dias)表示:“由于低温的限制,具有如此卓越性能的材料并未像大家想象的那样彻底地改变世界。但是,我们将打破屏障,为许多潜在的应用推开大门。”

常温超导领域重要的里程碑:物理学家们首次在15℃实现了超导性。以前的记录是-23℃。

超导

自1911年首次发现材料的超导性,它就已成为凝聚态物理中的热点。

超导包含两个关键属性。首先是零电阻。第二是所谓的迈斯纳效应,其中超导材料的内部磁场被驱至体外,迫使磁力线在材料周围重新分布——著名的应用如磁悬浮列车。

超导本应彻底改变我们的世界——从磁悬浮运输到数据传输再到无损电网。结果却被一个问题所阻挠。

材料的超导性需要极低的温度才能产生和维持——既困难又昂贵,已被证明是应用的实际障碍。

最近,物理学家发现,轻质元素(例如硫化氢和氢化镧)的超导性,对温度的要求相对宽松。氢是自然界中最轻的元素。但是氢气是绝缘体。因此,为了实现超导性,需要在巨大的压力下对其金属化。

迪亚斯说:“要拥有常温超导体,需要更牢固的键合和轻元素。这是非常基本的前提。氢是最轻的材料,氢键是最强的键。理论上,固体金属氢具有较高的德拜温度和强的电子-声子耦合,这是室温超导所必需的。”

由于只能在极高的压力下得到纯金属氢,因此之前无法通过实验验证。近年来,仅有两支团队宣称得到了金属氢。

次选是富含氢的金属化合物,如先前实验中所用的硫化氢和氢化镧。它们的压力条件相对不那么苛刻。

由罗切斯特大学的艾略特·斯尼德(Elliot Snider)领导的团队开始新一轮实验。首先,他们尝试将氢气与钇混合生成超氢化钇。该材料在180吉帕的压力下于-11℃下表现出超导性。

接下来,斯尼德团队尝试将碳,硫和氢结合起来,生成碳质氢化硫。他们在金刚石砧中挤压微小的样品,并测量了其超导性。他们发现,当压力为270千兆帕斯卡时,超导温度为15℃。

显然,新材料目前尚无实用性。样品的大小,介于25到35微米之间,压力条件仍不切实际。

研究的下一步将是尝试调整样品的化学成分来降低压力条件。如能正确混合,研究人员相信,满足室温和相对低压的超导体最终将成为现实。

该研究发表在《自然》上。

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