兰加·迪亚斯|《自然》：人类首次实现高压下室温超导
导读
美国罗切斯特大学物理系助理教授兰加·迪亚斯（Ranga Dias）的研究团队，首次创造出了一种碳质硫氢化合物固体分子，这种材料在约15摄氏度和约267Gpa的压强下表现出超导性
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图/科学探索官微
文丨采访人员 徐路易
人类首次在“较凉爽”的常温下实现了材料的超导状态 。美国罗切斯特大学物理系助理教授兰加·迪亚斯（Ranga Dias）的研究团队，创造出了一种碳质硫氢化合物固体分子，这种材料在约15摄氏度和约267Gpa的压强下表现出超导性 。这一研究于当地时间10月14日刊登在当期《自然》杂志封面 。
超导顾名思义就是“超级导电”的能力，导体具有什么样的导电性才可以在科学上被称为“超级导电”？就是当电流通过的时候，没有因为受到任何阻力而导致损失，即该导体的电阻为零 。超导现象通常在极低温状态下出现，超导体有一个特性临界温度，低于这个临界温度后，导体的电阻就会突然降到零，变为“超导体” 。1911年，荷兰科学家海克·昂内斯（Heike Onnes）等人发现汞在接近绝对零度（约-273.15摄氏度）的极低温下，电阻会消失，从而呈现超导状态 。在没有电源的情况下，通过一圈超导导线的电流可以无限期地持续下去 。
此外，超导体拥有了零电阻后，还可以将所有磁场从材料中排出，也就是说超导体内的磁感应强度也为零 。在实验中，将一种材料降温到超导态再放入外磁场中，那么外磁场的磁力线都无法穿透到超导体内部，这种效应被称为“迈斯纳效应” 。1986年，科学家发现一些铜酸盐钙钛矿陶瓷材料的临界温度高于?183摄氏度（90 开尔文），这样的温度对于人们生活的环境来说仍然太低，但对于传统的超导体来说已经达到了理论不可能“高”的临界温度，因此这种材料被称为高温超导体 。
超导材料最直接的应用就在于电能传输，如果室温超导材料能够以更方便维护、成本更低的方式应用，这能够使得电网在传输电能时减少2亿兆瓦的能量，同时超导在悬浮列车、核磁共振成像方面也有多种应用 。但人们距离触碰到这种珍贵的材料，还有两个必须跨越的坎——极低温、极高压 。不管是实验室研究还是实际应用，这两个条件目前仍需要较高的成本去实现和维护 。
此次研究团队的结果在温度上实现了突破 。他们选取了硫化氢和甲烷这两种氢化物混合在一起放在金刚石压腔中，用激光触发样品的化学反应，并观察晶体的形成 。随后，研究团队开始降低实验温度，如果通过材料电流的电阻降到零，即表明样品已经变得超导了 。随后研究团队开始增加压强，发现临界温度可以越来越高，团队的最佳结果是，当到达到267Gpa的高压时，只需把样品降低至15°C，就能观察到电阻消失的现象 。这一压强相当于海平面平均气压的约260万倍，而地球地心处的压力约为300GPa 。
此前，超导材料的最高临界温度由埃雷米茨以及美国伊利诺伊大学物理学家拉塞尔·赫姆利（Russell Hemley）的研究小组实现 。该研究团队在2019年报告了镧超氢化物在-23摄氏度左右的超导性 。
数十年前，美国康奈尔大学理论物理学家尼尔·阿什克罗夫特（Neil Ashcroft）就曾做出预测，氢在受到充分挤压后，可能在室温下变成金属；且富氢材料可能在远高于想象的温度下实现超导状态 。但纯氢很难使用 。2014年7月，时任吉林大学物理系教授的崔田及其团队进一步做出理论预测，在200GPa的高压下，硫化氢可以在-83摄氏度至-69摄氏度之间实现超导特性 。2015年8月，德国马克斯普朗克研究所物理学家米哈伊尔 · 埃雷梅茨 （Mikhail Eremets）团队在-70摄氏度下实现了硫化氢的超导特性，验证了崔田团队的理论预测，一下子将超导体的临界温度提高了100摄氏度 。
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