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边策金磊来自凹非寺
量子报道|公众号qbitai
新记录，今天震惊了整个物理界。
即使在15℃的温度下也注意到超导现象！
这是来自罗切斯特大学的最新研究，他们设计了新的氢化物，在这样的“高温”下，可以毫无抵抗地通电。
科学家们发现这种氢硫碳材料在巨大的压力(地球中心的约75% )下在室温下变化为超导体。
这也是人类发现的第一个室温超导体。
今天，nature也以封面的形式被报道，意义重大，可见一斑。
西班牙巴斯克大学的集体状态物质理论家ion errea认为:
第一次声称发现了室温超导现象。
剑桥大学的材料科学家chris pickard作了如下评价。
这显然是一个里程碑。
第一个室温超导体
来自罗切斯特大学的科学家混合了两种氢化物，在超高压下重新组合了整个混合物。
他们选择硫化氢(臭鸡蛋的气味气体)和甲烷(天然气的主要成分)，把这两种物质和铂电极一起放入金刚石砧中。
钻石砧是两个“尖”的钻石，两者之间产生巨大的压力，可达到数百万气压。
压力超过4万气压时，照射几个小时绿色激光破坏硫-硫键，形成硫-氢化物。
在175万大气压下，将样品冷却到-93°c时会发生超导转变。 如果继续施加压力，超导转变的临界温度会升高。
达到267万气压时，只需将样品降低到15摄氏度，即可看到电阻的消失。
除了零电阻外，科学家还发现了另一个超导的证据。 例如，在转变温度下，这种物质阻断磁场，这是超导体的重要特征。
为了寻找这种室温超导化合物，他们废除了几十对金刚石砧，价格是每对3000美元。 论文通信的作者ranga dias说:“我们研究的最大问题是钻石预算。”
从金刚石砧产生的超导材料的数量极少，是每个喷墨粒子的大小。 而且这种超导材料不稳定，放一夜就分解。
超高压条件和不稳定的性质意味着这样的室温超导体很难具有实际的性质，但这是人类发现的第一个室温超导体，在探索超导体的100多年的道路上有里程碑的意义。
应用广泛的超导体
超导体( superconductor )是指在一定温度以下电阻为零的导体。
超导现象是一百多年前荷兰物理学家安妮发现的。 他把水银降到4.2k (约零下269度)时，发现水银电阻突然消失，获得了1913年诺贝尔物理学奖。
除了“零电阻”，还具有“完全反磁性”和“磁通量化”的优点。
完全的反磁性也被称为迈斯纳效应，使超导体内部的磁感应强度为零，超导体排斥体内的磁场。 这个特征的最大用途是制造磁悬浮。
磁通量量子化也被称为约瑟夫森效应，是当两层超导体之间的绝缘层变薄到原子尺寸时，电子对通过绝缘层产生隧道电流的现象。
超导体中的磁通量子化可以用于超导计算机的制造。
除了这些高级设备外，医院的核磁共振图像和手机信号基站也需要使用超导体制作滤波器。
但是，超导体的低温限制成为阻碍其应用的最大极限。
到1987年，美籍物理学家朱经武发现了液氮( 77k )温区的“高温超导体”钇钡铜氧，进一步拓展了超导体的应用。
但是科学家们想找到不需要冷却就能在室温下采用的超导体。
这就是这次发现引起这样反响的理由。 因为科学家们一直在寻找几十年的超导体。 提高温度意味着不需要很多复杂的冷却设备。
这次研究发现比去年最新的进展高30度以上。
除了高温这种局限性，还有高压。
超导体只能在极高的压力下生存，相当于接近地球中心的压力，相当于马里亚纳海沟压力的40倍。
因为正如研究者所说，这意味着没有直接的实用化。
尽管如此，物理学家们希望这种超导体为开发在低压力下运动的零电阻材料开辟道路。
五年的梦想会实现
五年前德国物理学家的发现为找到室温超导体打开了大门。
为了了解氢-硫-碳为什么会成为室温超导体，介绍超导的原理。
在正常状态下，电子个人运动，与原子碰撞时产生电阻。
在超导体中，两个电子成对形成所谓的库珀对。 电子结合后，它们以量子液体的形式无障碍地通过导体，使电阻完全消失。
库珀对的形成就是这样容易理解。
带正电的原子被电子吸引后，凝聚，这里正电荷变多，自然另一个电子被吸引，这两个电子成对。
随着原子质量的加重，越来越难被电子吸引，形成库珀对变得越来越困难。 因为这个科学家把眼球对准了最轻的原子氢。
但是，在常压下固体氢中没有自由电子是个问题。 高压改变固体氢的结构，只需从氢中释放电子就能形成库珀对。 这时氢变为金属状态的金属氢。
△木星内部可能存在金属氢
1968年，康奈尔大学的物理学家neil ashcroft预测，金属氢在常温下应该是超导体。
但是，将金属氢转化为超导体所需的压力过大，在现有的实验室条件下很难达到，反而在木星内部有可能满足这样的条件。
△科学家在高压下制造金属氢
年，哈佛大学的科学家在实验室制造了金属氢，但压力不足以成为超导体。
ashcroft把希望寄托在富含氢的化合物上，获得这样的化合物在很小的压力下就会成为超导体。
但是，添加多少比例的氢是技术工作。 添加量过少时，化合物不会像金属氢那样超导。 添加量过多时，化合物超导所需的压力过大，在实验室中难以达到。
德国科学家eremets终于发现氢和硫化合物在-70℃下变化成超导体。
年，同样的eremets团队发现了冰箱温度下的超导体氢化镧，该物质在-23℃、170万大气压下变成了超导体。
作者，团队介绍
这项研究的团队来自罗切斯特大学。
△ranga dias
ranga dias是这次研究的通信作者，本科就读于科伦坡大学，主修物理和数学专业。
2007年，dias搬到美国华盛顿，开始了博士学位的工作。 行业聚焦于极端聚集状态的物理行业，专业是简单分子系统中的超导和绝缘体金属的迁移。
△nathan dasenbrock-gammon
nathan dasenbrock-gammon隶属于北肯塔基大学，现在获得罗切斯特大学物理学专业博士学位。
△ray mcbride
罗切斯特大学研究生ray mcbride获得机械工程硕士学位。 年，我获得过suny geneseo的物理学学士学位，担任过导师和实验室讲师。
如果超导体能应用于日常生活，对人们生活的影响确实很大。
当然，这条路是“路阻力和长度”，翻过了山，但还有很多问题。
对此，作者也展示了他们研究的下一步。
制作不需要高压力、稳定的高温超导体。
参考链接:
nature/articles/d 41586-020-02895-0
quanta magazine/physicists-discover-first-room-temperature-super conductor-2014 /
——完
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原题:“第一个室温超导体登场，为了发现它，科学家废弃了几十颗钻石| nature封面”
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