這是高溫超導材料的全新記錄，這一突破性進(jìn)展也代表著(zhù)，人類(lèi)向著(zhù)長(cháng)久以來(lái)希望創(chuàng )造出具有最優(yōu)效率電力系統的目標又邁近了一步。

　　超導現象指電能可以在超導材料中零電阻通過(guò)，但是，這種超導效應以前只是在接近絕對零度的溫度下才能觀(guān)察到。而如果能夠實(shí)現常溫超導，則全球化電力供應的夢(mèng)想將成真。

　　論文通訊作者、羅徹斯特大學(xué)物理和機械工程助理教授 Ranga Dias 表示，開(kāi)發(fā)在室溫下沒(méi)有電阻和磁場(chǎng)驅逐的超導材料，是凝聚態(tài)物理學(xué)的 “圣杯”。無(wú)數科學(xué)家已經(jīng)尋找了一個(gè)多世紀。一旦找到，這些材料 “絕對可以改變我們所熟悉的世界。”

　　“由于低溫的限制，具有如此優(yōu)異性能的材料并沒(méi)有像許多人想象的那樣徹底改變世界。然而，我們的發(fā)現將打破這些障礙，并為許多潛在的應用打開(kāi)大門(mén)。”Dias 說(shuō)。

　　物理學(xué)家夢(mèng)寐以求的室溫超導材料

　　超導現象在 1911 年首次被發(fā)現，它賦予了材料兩個(gè)關(guān)鍵的特性：電阻消失和完全抗磁性。完全抗磁性又稱(chēng)邁斯納效應，指在磁場(chǎng)強度低于臨界值的情況下，磁力線(xiàn)無(wú)法穿過(guò)超導體，超導體內部磁場(chǎng)為零的現象。

　　強大的超導電磁元件已經(jīng)成為磁懸浮列車(chē)、核磁共振成像 (MRI) 和核磁共振 (NMR) 機器、粒子加速器和其他先進(jìn)技術(shù)的關(guān)鍵部件，包括早期的量子超級計算機。

　　但是，這些設備中使用的超導材料通常只能在極低的溫度下工作——這比地球上的任何自然溫度都低。這一限制也使得維護它們的成本很高，而且擴展到其他潛在應用程序的成本太高。

　　“將這些材料保持在低溫下的成本太高，你無(wú)法真正充分利用它們，”Dias 說(shuō)。

　　在此之前，超導材料的最高溫度是 2019 年德國馬克斯?普朗克化學(xué)研究所和伊利諾斯大學(xué)芝加哥分校的實(shí)驗室里達到的。當時(shí)，該小組報告了用鑭-氫化物在零下 23℃左右下的超導性。

　　近年來(lái)，研究人員還探索了銅氧化物和鐵基化學(xué)物質(zhì)作為高溫超導體的潛在候選者。然而，作為宇宙中最豐富的元素，氫也是一種很有希望的元素。

　　“要實(shí)現高溫超導體，你需要更強的化學(xué)鍵和更輕的元素。這是兩個(gè)非?；镜臉藴?，” Dias 解釋道，“氫是最輕的材料，氫鍵是最強的化學(xué)鍵之一。從理論上講，固體氫具有德拜特征溫度和強電子 - 聲子耦合，這是室溫超導所必需的。”

　　然而，僅僅是將純氫轉化為金屬狀態(tài)就需要非常高的壓力。2017 年，哈佛大學(xué)教授艾薩克?西爾維拉 (Isaac Silvera) 和當時(shí)在西爾維拉實(shí)驗室做博士后的 Dias，首次實(shí)現了這一目標。

　　而這次為了創(chuàng )造新的記錄，Dias 在羅徹斯特大學(xué)的實(shí)驗室將氫、碳和硫元素，在一個(gè)金剛石壓腔中(用于在極高壓下極微量材料的實(shí)驗裝置)通過(guò)光化學(xué)合成簡(jiǎn)單的碳質(zhì)硫氫化物，將可以實(shí)現零電阻的溫度提高到了 15 攝氏度。

　　這也是人類(lèi)第一次在室溫下觀(guān)察到具有超導特性的材料。

　　意義重大，挑戰也更大

　　“我們生活在一個(gè)半導體社會(huì )，有了這種技術(shù)，你可以把社會(huì )帶入一個(gè)超導社會(huì )，在那里你再也不需要電池之類(lèi)的東西。” 這項發(fā)現的論文共同作者、內華達大學(xué)拉斯維加斯分校的 Ashkan Salamat 說(shuō)。

　　但是，這次研究人員創(chuàng )造出的常溫超導材料，也有存在一些嚴重的限制。

　　他們觀(guān)察到的超導現象，是在 2670 億帕壓力條件下實(shí)現的，而這個(gè)壓力約是標準胎壓的一百萬(wàn)倍。這一壓力目前只能在接近地球中心的極高壓力下存在，而且，他們在金剛石壓腔中產(chǎn)生超導現象的材料數量，是及其微量的，只能用皮升來(lái)表示(1 皮升大約是 10^-9 毫升)，這都意味著(zhù)這一材料不會(huì )立即有任何實(shí)際應用。

　　盡管如此，物理學(xué)家還是希望它能為開(kāi)發(fā)在低壓下工作的零電阻材料鋪平道路。研究人員表示，他們的下一個(gè)目標，將是在環(huán)境壓力下觀(guān)察常溫超導現象。

　　在研究人員的這套系統中，激光和壓力被用于將前體元素(碳、硫和分子氫)轉化為超導材料。當降低實(shí)驗溫度時(shí)，通過(guò)該材料的電流電阻降至零，表明該樣品已經(jīng)具有超導性，然后，他們開(kāi)始增加壓強，超導臨界溫度隨壓力增加而上升，達到了實(shí)驗中實(shí)現的最高壓力值。

　　研究人員認為，通過(guò)化學(xué)方式控制上述系統，或有助于降低所需的壓力。“下一個(gè)挑戰是找到在較低壓力下制造常溫超導材料的方法，這樣就可以在更大的產(chǎn)量上節省成本。”Dias 說(shuō)。

　　據了解，Dias 等人還創(chuàng )辦了一家新公司，名為 Unearthly Materials，旨在尋找一種在環(huán)境壓力下可規?；a(chǎn)的常溫超導體。

　　但是，馬克斯·普朗克研究所的物理學(xué)家 Mikhail Eremets 警告說(shuō)，關(guān)于這種物質(zhì)還有很多未知。“還有很多事情要做。”

　　紐約州立大學(xué)布法羅分校的計算化學(xué)家 Eva Zurek 表示，由氫和另一種元素構成的高壓超導體已經(jīng)被人們很好地理解。研究人員也用電腦模擬了碳、氫和硫的高壓混合物，但是這些研究不能解釋 Dias 小組觀(guān)察到的異常高的超導溫度。

　　“我相信，在這篇論文發(fā)表后，許多理論和實(shí)驗小組都會(huì )對這個(gè)問(wèn)題進(jìn)行研究。