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標題: 《自然》上的一篇科技简讯：高压下的新超导记录 [打印本頁]

作者: mashuquan123 時間: 2015-8-25 22:19
標題: 《自然》上的一篇科技简讯：高压下的新超导记录
本帖最後由 mashuquan123 於 2015-8-25 22:23 編輯

      用铜氧化物制成的超导体至今仍然保持着超导临界温度最高的记录，但是最近一种新的材料有望改变这一局面。
      最近三十年来，关于室温超导材料的研究都聚焦在一些比较奇奇怪怪的材料，比如说铜酸盐，这一类材料能使电流能无热耗能通过的最高临界温度已经提升到了164K（-109℃）。不过最近，一些科学家宣称他们出了大招用非常普通的硫化氢分子打破了这一记录。当他们把一些（非常少的）硫化氢样品加压加到接近地核级别的压强后，（宣称）实现了190K（-83℃）时的超导。
   “如果这结果是真的，那真是太震撼了，”来自新泽西普林斯顿大学的电晶体化学家Robert Cava这样说，“这是历史性的发现。”（这是一段废话）
      下面图2是截止至2010年已经证实的超导材料以及它们的转变温度，由图中可以看出，之前的高温超导材料（液氮温区以上的）全是铜氧化物，没有几乎就是全部。而且这类化合物的晶体结构复杂，组成也很复杂，一般都有稀土元素，确实是“奇奇怪怪”……虽说之前也有诸如汞啊铅啊铌啊这些简单的物质，但是它要的温度可低了……而差不多简单的硫化氢的发现显然打破了铜氧化物的垄断……但是那么高的压强是要搞什么啊……
*以下又是正文

      根据已建立的超导理论（BCS理论，以提出者John Bardeen，Leon Copper，Robert Schrieffer命名）（顺便提一下，这三个在1972年因此获得诺贝尔物理学奖，译者注），晶体中晶格的振动（称为声子，译者注）能使电子们组成库珀（Cooper）对（由自旋和动量都相反的两个电子组成的零动量电子对，由德布罗意波可以得出此时库珀对的波长很长，于是可以，通俗点说，衍射过各个晶格，无阻碍地穿行。译者注。），库珀对们就能无阻碍地在晶体间穿行（通过量子隧穿效应，译者注）。不过问题来了，这BCS理论大概是1950年代建立的，它甚至不能解释铜氧化物的高温超导现象（就我所知，只能解释最早的一些金属超导，比如水银等）。

      不过科学家们还是希望BCS理论（毕竟听起来挺靠谱的）能指导那些奇奇怪怪的化合物之外的简单化合物的高温超导体研究，尤其是由很轻的像氢这样的元素组成的材料。因为这样的材料的晶格会振动得更快，可以在电子对间创造更强的键……

      最近的研究是来自纽约康奈尔大学的物理学家Neil Ashcroft的工作。他研究了氢化物可能具有的潜在超导性能。他特别调查了最近由一个中国科学家小组从理论上预测的“硫化氢能在大概80K，160万大气压的时候发生超导转变”这一结论。指出这么多万大气压的巨大压力就把电子们活生生挤成了库珀对，而且不容易被热涨落破坏。（于是这类超导就能用BCS解释了）

      于是Mikhail Eremets和他在德国普朗克学会的同事们把大概10微米厚的硫化氢样本放在两块金刚石砧板中间，然后边用电极测它的电阻边降温还有加压。然后他们发现在180万大气压，温度190K（-83℃）的时候，电阻突然消失了，前面也已经说了，这是目前史上最高的超导转变温度。

      关于这个比先前预测的高得多的转变温度，研究者们把它归功于硫化氢（固态）原本的分子被破坏，形成了更大的含有更多氢原子的分子。这样的分子才让这样高的转变温度成为可能。

      研究者们列出了几条能支持他们这样的想法的证据，比如说他们发现如果把硫化氢换成更重的硫化氘，在其它条件相同的时候转变温度低到只有90K（-183℃）。他们指出原子越重，就越容易通过减弱晶格的振动阻碍超导性。他们12月1日在arXiv（一个收集物理学预印论文的网站）上发表了这一结论。

      当然这个解释还应该被其它研究小组予以证实，如果是真的那么这代表着第一类超导体（能用BCS解释的这类）在高温超导上取得了重大的突破。先前此类超导体的最高温度一直是由二硼化镁保持的39K（-234℃）。至于Eremets和他的同事们是不是建立了一座里程碑，凝聚态物理学家Paul Grant（同时是W2agz科技公司的负责人）说：“我从论文中找不到任何错误的地方，我相信其他读了它的人也会这样认为，这在超导领域引起了轩然大波。”

      来自美国欧道明大学的理论物理学家Alexander Gurevich表示这极有可能是具有极大意义的突破，但是目前仍需谨慎，因为研究者们还没有用迈斯纳效应证实材料的超导性，迈斯纳效应就是指超导体因为把所有磁感线都排出体外而具有的完全抗磁性。（下面第一张图片就是该效应导致的超导体悬浮；具有零电阻效应的不一定也有迈斯纳效应，也就是说也不一定是超导体）他还说很希望有别的研究小组做这件事。（理论物理学家就是嘴上说说不动手…你来打我呀…）

      Eremets和他的同事们说如果在其它含氢化合物比如芳香烃和富勒烯中发现这样高的转变温度，并且通过掺进别的什么元素实现低压下的超导，那这一成果才可能得到实际应用。Cava也说现在就考虑实际应用为时太早：“在正常压强下实现之前，还是别妄想什么实际应用了。”
给大家附上原文链接：http://www.nature.com/news/super ... sure-1.16552#auth-1

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图片来自：Phil Degginger/Alamy

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图源：wikipedia

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