劍橋大學材料科學家克裏斯·皮卡德感慨道:“這顯然是壹個裏程碑。”在談到15的溫度時，他說:“這相當於壹個稍微涼爽的房間的室溫，也許是英國維多利亞時期的小屋。”
這種新化合物是由羅切斯特大學的Ranga Dias領導的研究小組開發的。在研究人員為這些成就歡呼的同時，他們也強調，如果脆弱的量子效應在真實環境條件下與超導壹起出現，這種材料將永遠不會應用於無損導線、無摩擦高速列車或任何未來可能無處不在的革命性技術。這是因為這種物質只有在室溫下被壹對鉆石壓碎時才具有超導性，其壓力極限約為核心內壓力的75%。
皮卡爾說:“室溫超導壹直是人們討論的話題，但他們可能不知道我們會在如此高的壓力下開展這項研究。”
目前，材料科學家面臨的壹大挑戰是，很難找到既能在常溫下工作又能在常壓下工作的超導體。這種新化合物的壹些特性為將來找到合適的混合物帶來了希望。
當自由流動的電子撞擊構成金屬的原子時，普通導線會產生電阻。然而，在1911年，研究人員發現，在低溫下，電子可以在金屬原子的晶格中誘發振動，進而會使電子聚合形成電子對，稱為庫珀對。庫珀對受量子規則支配，它們無障礙地通過金屬晶格，不會遇到任何阻力。超導流體還會排斥磁場——這種效應可以讓磁懸浮車無摩擦地漂浮在超導軌道上。
然而，當超導體的溫度上升時，粒子會隨機抖動，打破電子的細微波動。
幾十年來，研究人員壹直在尋找壹種能夠承受日常環境溫度的緊密庫珀對超導體。1968年，康奈爾大學的固態物理學家尼爾·阿什克羅夫特(Neil Ashcroft)提出，利用氫原子的晶格可以達到這個目的。氫原子的尺寸極小，因此電子更靠近晶格的節點，從而增加了它們與振動的相互作用。此外，氫原子的重量輕也使得那些導波振動得更快，從而進壹步增強了成鍵庫珀對的力。
將氫擠入金屬晶格所需的壓力非常高。盡管如此，阿什克羅夫特還是通過自己的工作讓人們看到了曙光:某種“氫化物”，即由氫和另壹種元素組成的化合物，可能在更容易獲得的壓力下產生金屬氫的超導性。
在21世紀，這壹領域取得了更多的進展。得益於超級計算機的模擬技術，理論家可以預測各種氫化物的性質；金剛石壓砧的廣泛使用有助於實驗者對最有希望的候選氫化物施加壓力，以測試它們的性質。
突然，氫化物開始創造壹個又壹個記錄。2015年，德國的壹個研究小組發現，臭雞蛋中發現的刺激性化合物硫化氫，在70的溫度和1.5萬個大氣壓的氣壓下具有超導性。四年後，氫化鑭在同壹實驗室中，在大約23的溫度和654.38+0.8萬個大氣壓的氣壓下實現超導。另壹組在大約13的溫度下發現了超導的證據。
羅切斯特大學的迪亞茲實驗室打破了這些記錄。基於直覺和粗略計算，研究小組測試了壹系列氫化合物，以找到氫的最佳比例。如果氫含量太少，化合物就不能像氫壹樣具有穩定的超導性。如果加入太多，這種化合物將像氫壹樣，只有在施加足以壓碎金剛石砧的壓力時才能實現金屬化。在他們的研究中，該團隊粉碎了幾十對價值3000美元的鉆石砧。“這是我們研究中最大的問題，鉆石砧價格太高。”迪亞斯無奈地說。
成功的方案被證明是2015方案的重復。研究人員將甲烷(壹種碳氫化合物)添加到硫化氫中，然後用激光烘烤。
迪亞茲的合作者、內華達大學拉斯維加斯分校的凝聚態物理學家阿什坎·薩拉馬特(Ashkan Salamat)說:“我們已經完善了這個系統，通過添加適量的氫氣，這些庫珀對仍然可以在高溫下正常運行。”
然而，他們未能確定他們開發的氫-碳-硫混合物的具體細節。氫氣太小，無法通過傳統晶格結構的探針顯示，因此團隊不知道原子是如何排列的，甚至不知道這種物質的確切化學式。
布法羅大學的計算化學家伊娃·祖雷克(Eva Zurek)屬於迪亞茲實驗室的理論小組。今年早些時候，他們假設了壹種可能在鉆石砧之間形成金屬的超導條件，但結果恰恰相反。祖雷克懷疑高壓將物質轉變成壹種未知的排列，這種排列構成的物質具有超超導性。
壹旦迪亞茲的團隊知道他們擁有什麽，理論家將能夠建立壹個模型來研究賦予這種氫-碳-硫混合物的超導特性，並有可能進壹步修改組成這種混合物的公式。
物理學家已經證明大多數二元氫混合物是不可行的，但新的三元混合物標誌著復雜嵌合體材料領域的巨大進步，其中壹種可能會帶來新的希望。
“我喜歡這份工作，因為他們把碳引入了這個系統。”馬克斯·普朗克化學研究所的實驗人員米哈伊爾·埃勒梅茨說。他的實驗室分別在2015和2019年創造了新的氫化物記錄。
他解釋說，利用氫的低質量並不是增強振動並讓電子形成庫珀對的唯壹方法。晶格中相鄰原子之間更強的連接性也很重要。此外，碳的共價鍵具有很強的結合能力。碳結構材料還有其他優點，如何在讓人感到舒適的低壓條件下防止整個結構坍塌。
祖雷克對此表示贊同。她說:“我認為在常壓下很難實現超導，但如果能把碳化合物引入其中，我認為是可能的。”
來源:廣達雜誌