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15℃！物理学家首次实现了真正的常温超导
2020-10-15 21:28
常温超导领域重要的里程碑：物理学家们首次在15℃实现了超导性。以前的记录是-23℃。
罗切斯特大学的物理学家兰加·迪亚斯(Ranga Dias)表示：“由于低温的限制，具有如此卓越性能的材料并未像大家想象的那样彻底地改变世界。但是，我们将打破屏障，为许多潜在的应用推开大门。”
自1911年首次发现材料的超导性，它就已成为凝聚态物理中的热点。
超导包含两个关键属性。首先是零电阻。第二是所谓的迈斯纳效应，其中超导材料的内部磁场被驱至体外，迫使磁力线在材料周围重新分布——著名的应用如磁悬浮列车。
超导本应彻底改变我们的世界——从磁悬浮运输到数据传输再到无损电网。结果却被一个问题所阻挠。
材料的超导性需要极低的温度才能产生和维持——既困难又昂贵，已被证明是应用的实际障碍。
最近，物理学家发现，轻质元素(例如硫化氢和氢化镧)的超导性，对温度的要求相对宽松。氢是自然界中最轻的元素。但是氢气是绝缘体。因此，为了实现超导性，需要在巨大的压力下对其金属化。
迪亚斯说：“要拥有常温超导体，需要更牢固的键合和轻元素。这是非常基本的前提。氢是最轻的材料，氢键是最强的键。理论上，固体金属氢具有较高的德拜温度和强的电子-声子耦合，这是室温超导所必需的。”
由于只能在极高的压力下得到纯金属氢，因此之前无法通过实验验证。近年来，仅有两支团队宣称得到了金属氢。
次选是富含氢的金属化合物，如先前实验中所用的硫化氢和氢化镧。它们的压力条件相对不那么苛刻。
由罗切斯特大学的艾略特·斯尼德(Elliot Snider)领导的团队开始新一轮实验。首先，他们尝试将氢气与钇混合生成超氢化钇。该材料在180吉帕的压力下于-11℃下表现出超导性。
接下来，斯尼德团队尝试将碳，硫和氢结合起来，生成碳质氢化硫。他们在金刚石砧中挤压微小的样品，并测量了其超导性。他们发现，当压力为270千兆帕斯卡时，超导温度为15℃。
显然，新材料目前尚无实用性。样品的大小，介于25到35微米之间，压力条件仍不切实际。
研究的下一步将是尝试调整样品的化学成分来降低压力条件。如能正确混合，研究人员相信，满足室温和相对低压的超导体最终将成为现实。
该研究发表在《自然》上。

压力体积与温度公式还记得?PV/T可以维持为一个常数。压力增加一万倍,如果假设体积减小100倍,等效的结果就是在正常大气压下温度减小100倍。室温是300K,温度降低100倍就是3K,即是接近绝对零度0K。所以出现超导现象也就没有什么稀奇了