一种由氢、碳和硫组成的新型金属化合物,在两块金刚石砧之间施加压力时,室温15℃时,该化合物具有超导性
一个来自纽约的物理学家团队发现了一种在室温条件下具有高效导电特性的材料——这是科学家们长久以来孜孜以求的科学里程碑。该研究团队在《自然》杂志发布声明,宣称这种氢-碳-硫化合物在15℃的室温条件下具有超导体的特性。这比去年创下的高温超导记录提高了10℃以上。
“这是我们第一次能真正宣称已经发现了室温超导性。”西班牙巴斯克大学凝聚态理论学家扬·埃雷亚(Ion Errea)表示(他并未参与此项工作)。
剑桥大学材料科学家克里斯·皮卡德(Chris Pickard)感慨道:“这显然具有里程碑意义。”在谈及15℃的温度时,他说:“这相当于一个体感微凉的房间室温,或许那是一间英国维多利亚式小屋。”
该新型化合物由来自美国罗切斯特大学兰加·迪亚斯(Ranga Dias )领导的研究团队研制而成。在研究人员对所取得的成就欢呼雀跃的同时,他们也强调,如果脆弱量子效应在真实环境条件下随超导性一同出现,那么该材料将永远无法应用于无损耗电线、无摩擦高速列车或任何将来可能无处不在的革命性技术中。这是因为这种物质只有在室温下被一对钻石压碎时才具有超导性,其压力极限大约相当于地核内压力的75%。
皮卡德表示:“室温超导性一直是人们谈论的话题,但他们可能并不知道,我们会在这么高的压力下开展这项研究。”
目前,材料科学家面临的一大挑战是,既可以在常温下又能在常压下工作的超导体很难找到。而这种新型化合物的某些特性为将来找到合适的混合物带来了希望。
当自由流动的电子撞击组成金属的原子时,普通导线就会产生电阻。但是,研究人员在1911年发现,在低温条件下,电子可以诱导金属原子晶格发生振动,而这些振动反过来又会将电子聚合,形成被称为库珀对的电子对。库珀对受量子规则支配,它们毫无障碍地穿过金属晶格,也不会遭遇任何阻力。超导流体还会排斥磁场——这一效应可以让磁悬浮交通工具无摩擦地漂浮在超导轨道上。
然而,当超导体的温度升高时,粒子会随机晃动,打破电子微妙的波动。
数十年来,研究人员一直寻找一种库珀对结合紧密,可以承受日常环境温度的超导体。1968年,康奈尔大学固体物理学家尼尔·阿什克罗夫特(Neil Ashcroft)提出,使用氢原子的晶格就能达到这个目的。氢原子尺寸极小,因此电子更接近晶格的节点,从而增加它们与振动的相互作用。此外,氢原子质量轻盈,这也使得那些引导波的振动更快,从而进一步增强粘合库珀对的作用力。