极端 氢破碎的物理学家正在推动我们进入超导的新时代

华盛顿乔治华盛顿大学的材料科学家拉塞尔·海姆利3月4日在美国物理学会3月的会议上对一群研究人员说： “我们相信现在这是一个超导的新时代。”

图像照亮了他身后的屏幕：一个用于在相对的钻石的超硬点之间压碎微小物体的装置的示意图，温度和电阻的图表，一个发光的球，在其中心划过一个粗糙的黑色“X”。

最后一张照片是新时代本身的体现：一小块镧超级氢化物(或LaH10)的样品被压缩到与地球核心中途相似的压力，并用激光加热到接近新英格兰的一个活跃的冬末的温度。(根据超导研究的标准，这通常是在极端实验室冷的情况下进行的烫伤。)在这些条件下，Hemley和他的团队发现，LaH10似乎停止抵抗原子之间的电子运动。正如Hemley在他的APS演讲和1月14日发表在“ 物理评论快报 ” 杂志上的一篇论文中所说的那样，它显然变成了“室温超导体”。

冰冻科学

早在1911年，荷兰物理学家Heike Kamerlingh Onnes就发现，在极低的温度下，某些物质会表现出不寻常的电性能。

在正常情况下，通过导电材料(如铜线)的电流将沿途失去一些强度。即使是我们在电网中使用的非常好的导体也是不完美的，并且无法将所有能量从发电站输送到墙上插座。有些电子一路上就会丢失。

但超导体是不同的。一个电流引入超导线材的循环将继续循环永远，没有任何损失。超导体排出磁场，因此有力地推开磁铁。它们应用于高速计算和其他技术。问题在于超导体通常运行的极低温度使得它们对于普通使用来说是不切实际的。

狩猎没有地图

一个多世纪以来，物理学家一直在追求更温暖的材料的超导性。但是发现超导性有点像引人注目的黄金：过去的经验和理论可能会告诉你在哪里寻找它，但在你做昂贵，耗时的检查工作之前，你实际上并不知道它在哪里。

“你有很多材料。你有很大的探索空间，”罗马Sapienza大学的物理学家Lilia Boeri说，他在Hemley探索超导体甚至比LaH10更温暖的可能性之后提出了工作，并解释了为什么像这样的材料是在极端压力下超导。

1986年，研究人员发现陶瓷在超过绝对零度30度或零下406华氏度(零下243摄氏度)的温度下具有超导性。后来，在20世纪90年代，研究人员首先认真考虑了非常高的压力，看看他们是否可能揭示出新的超导体。

但在那时，Boeri告诉Live Science，在测试之前，仍然没有任何好的方法可以确定某种材料​​是否会变成超导体，或者它会在什么温度下进行测试。结果，临界温度记录 - 超导性出现的温度 - 保持非常低。

“理论框架在那里，但他们没有能力使用它，”Boeri说。

下一个重大突破发生在2001年，当时研究人员发现二硼化镁(MgB2)在绝对零度以上39度或零下389华氏度(减去234摄氏度)时具有超导性。

“[三十九度]相当低，”她说，“但当时是一个重大突破，因为它表明你可以具有超导性，其临界温度是以前认为可能的两倍。”

破碎氢气

从那以后，对温暖超导体的追捕已经在两个关键方面发生了变化：材料科学家意识到较轻的元素为超导提供了诱人的可能性。与此同时，计算机模型发展到理论家可以提前预测材料在极端情况下的行为方式。

物理学家开始在明显的地方。

“所以，你想要使用轻元素，最轻的元素是氢，”Boeri说。“但问题是氢本身 - 这不能成为超导体，因为它是绝缘体[一种通常不允许通电的材料]。因此，要制造超导体，首先必须将其制成金属。你必须做点什么，你能做的最好的就是挤压它。“

在化学中，金属几乎是任何原子结合在一起的原子，因为它们位于自由流动的电子汤中。大多数我们称之为金属的材料，如铜或铁，在室温和舒适的大气压下都是金属的。但是其他材料可以在更极端的环境中成为金属。[ 世界上最极端的实验室 ]

理论上，氢就是其中之一。但是有一个问题。

“这需要比使用现有技术更高的压力，”Hemley在他的演讲中说。

这使研究人员寻找含有大量氢的材料，这些材料将形成金属 - 并且希望在可实现的压力下成为超导体。

现在，Boeri说，使用计算机模型的理论家为实验者提供了可能是超导体的材料。实验主义者选择最佳选择进行测试。

Hemley说，这些模型的价值有限。并非每个预测都在实验室中进行。

“在这项工作中，人们可以非常有效地使用计算，但需要批判性地进行计算，并提供最终的实验测试，”他告诉聚集的人群。

Hemley及其团队的“室温超导体”LaH10似乎是这一新研究时代最激动人心的结果。在两个对立钻石的点之间压碎到地球大气压力(200千兆帕斯卡)的约100万倍，LaH10样本似乎在绝对零度以上的260度或8华氏度(零下13摄氏度)变成超导体。