科学家们创造出一种神秘材料，似乎在高达约 15°C 的温度下可以无电阻地导电。这对于超导性来说是一个新的记录，这种现象通常与非常低的温度有关。这种材料本身还不太清楚，但它显示了 2015 年发现的一类超导体 的潜力。
然而，这种超导体有一个严重的局限性：它只能在极高的压力下存在，接近地球中心压力，这意味着它不会有任何直接的实际应用。尽管如此，物理学家们希望它可以为开发在较低压力下也能工作的零电阻材料铺平道路。
超导体有许多技术应用，从磁共振成像仪到移动电话基站，研究人员也开始在风力涡轮机的高性能发电机中试验它们。但它们的实用性仍然受到笨重低温技术的限制。常见的超导体在常压下工作，但前提是它们必须保持非常低的温度。即使是最先进的超导体——铜氧化物基陶瓷材料——也只能在 133 开尔文（−140°C）以下工作。在室温下工作的超导体可能会产生巨大的技术影响，例如在运行速度更快且不会过热的电子产品中。
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最新研究于 10 月 14 日发表在《自然》杂志上，似乎提供了高温导电性的令人信服的证据，德国美因茨马克斯·普朗克化学研究所的物理学家米哈伊尔·埃雷梅茨说——尽管他补充说，他希望看到更多来自实验的“原始数据”。他补充说，这证明了他从 2015 年开始的一系列工作的正确性，当时他的小组报告了首个高压、高温超导体——一种氢和硫的化合物，其电阻在高达 −70°C 的温度下为零。
2018 年，氢和镧的高压化合物被证明 在 −13°C 时具有超导性。但最新的结果标志着首次在由三种元素而不是两种元素组成的化合物中观察到这种超导性——该材料由碳、硫和氢制成。研究合著者、拉斯维加斯内华达大学的物理学家阿什坎·萨拉马特说，添加第三种元素大大拓宽了未来寻找新型超导体的实验中可以包含的组合。“我们已经开辟了一个全新的探索领域，”他说。
伊利诺伊州莱蒙特阿贡国家实验室的高压材料科学家 Maddury Somayazulu 说，在高压但非极端压力下超导的材料可能已经可以投入使用。该研究表明，通过“明智地选择超导体中的第三和第四种元素”，原则上可以降低其工作压力。
这项工作还验证了纽约州伊萨卡康奈尔大学的理论物理学家尼尔·阿什克罗夫特数十年前的预测，即富氢材料可能在远高于先前认为的温度下超导。“我认为在高压社区之外，很少有人认真对待他，”Somayazulu 说。
神秘材料
纽约州罗切斯特大学的物理学家兰加·迪亚斯与萨拉马特和其他合作者一起，将碳、氢和硫的混合物放置在他们用两颗钻石尖端之间雕刻出的微观凹槽中。然后，他们用激光在样品中引发化学反应，并观察晶体的形成。当他们降低实验温度时，通过材料的电流电阻降至零，表明样品已变为超导。然后，他们增加压力，发现这种转变发生在越来越高的温度下。他们的最佳结果是在 267 吉帕斯卡（海平面大气压的 260 万倍）下的转变温度为 287.7 开尔文。
研究人员还发现了一些证据，表明晶体在转变温度下排斥了磁场，这是超导性的关键测试。但研究人员警告说，关于这种材料的许多方面仍然未知。“有很多事情要做，”埃雷梅茨说。即使是晶体的确切结构和化学式也尚未被理解。“当你提高压力时，样品尺寸会变小，”萨拉马特说。“这就是使这些类型的测量真正具有挑战性的原因。”
由氢和另一种元素组成的高压超导体已被很好地理解。纽约州立大学布法罗分校的计算化学家伊娃·祖雷克说，研究人员已经对碳、氢和硫的高压混合物进行了计算机模拟。但她说，这些研究无法解释迪亚斯小组看到的异常高的超导温度。“我确信，在这篇手稿发表后，许多理论和实验小组将投入到这个问题中，”她说。
本文经许可转载，并于 2020 年 10 月 14 日首次发表。