硫化氢创造高温超导新纪录

测量结果表明,硫化氢超导体比其他材料更接近于室温。

 

超导线圈可使物体在几乎没有能量输入的情况下保持磁悬浮状态——但需要非常低的温度。

长期以来一直在探寻室温下无电阻的导电材料,目前可能已经迈出了决定性的一步。德国科学家观察到常见的硫化氢分子超导体打破了203K(-70℃)的超导纪录,该纪录在非常高的压力下获得的。结果证实了研究人员去年年底的初步调查结果,而且得到了其他几个课题组的数据证实。

然而,一些物理学家呼吁需谨慎对待。加州大学圣迭戈分校(the University of California in San Diego)IvanSchuller认为该结果“看起来很有希望”,但还远远不够。而材料科学Superstripes罗马国际中心(Rome International Center for Materials Science Superstripes,RICMASS)主任Antonio Bianconi认为证据足够令人信服。他将该发现描述成是自1986年发现的高达164K的铜氧化物外延陶瓷化合物以来,探索室温超导体的“最要突破”(the main breakthrough)。

去年12月1日,德国美因茨(Mainz)马克斯·普朗克化学研究所(the Max Planck Institute for Chemistry)的MikhailEremets和其他两位物理学家发现了硫化氢在190K以下表现出超导电性。他们将10微米宽的样品放置于金刚石砧池内,并对其施加150万个大气压,结果发现当温度冷却至临界温度以下时,其电阻下降超过1000倍。

然而,那个时候研究人员不足以证明超导电性的第二个关键特征——迈斯纳效应(Meissner effect),迈斯纳效应是指当样品冷却至临界温度以下时表现出完全抗磁性。

最新的研究中,作者与来自美因茨大学(Universityof Mainz)的两位物理学家共同建立了一个非磁性池,并获得了非常敏感的磁力计(成为SQUID)。他们将50微米宽度的硫化氢样品加压至200万个大气压,并置于外磁场中,从绝对零度以上一点点开始缓慢升温。他们观察到迈斯纳效应信号——当温度升高至203K时样品的磁化信号突然增加。

对于为什么测量到的临界温度比去年更高,研究人员指出可能是由于样品晶体结构的微小差异引起的。(高压、低温下,硫化氢为固体)Bianconi说,当他们在三月份美国得克萨斯州圣安东尼奥(SanAntonio, Texas)举行的美国物理学会(the American Physical Society)会议提出该发现时,很多超导研究人员表示怀疑。但在六月中旬他组织的RICMASS会议(举行地:意大利Ischia岛)上,与会者“非常好的接受”该数据。

Ischia会议讨论期间,他说,日本和中国的几个研究团队已经重复出了该结果,包括电阻下降及迈斯纳效应。Bianconi没有说具体是哪些团队,他解释说是他们想推迟公布结果,直至Eremets及其同事在同行评审期刊上发表其发现(该论文已经上传至arXiv在线信息库)。

日本大阪大学(OsakaUniversity)物理学家Katsuya Shimizu说他们利用自己的制冷机来验证Eremets提供的样品,已经证实了190K的电转变。

Schuller认为美因茨团队应做进一步的检查,以确保没有忽略“不受控制的影响因素”,例如精密的磁化测量过程中的背景噪音。

Eremets及其同事提出超导电性可能来源于硫化氢压缩过程中引起的H3S晶格振动。这些振动与电子配对,接着毫无阻力的穿过晶格,就像支撑常规、低温超导体的BCS(Bardeen–Cooper–Schrieffer)理论描述的那样。

他们指出,如果是这样的话,其他的氢化物可能在更高的温度下表现出超导电性,甚至是室温,因为BCS理论中超导转变根本没有上限。

但是加州大学圣迭戈分校的理论物理学家JorgeHirsch并不认为晶格振动式正确的解释。“在我看来,高临界温度来自于什么地方仍然是该问题。”他如是说

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