高压超导体达到室温

2020-10-14 23:36:58

在发现高温超导体之后的一段时间里,人们对这些化合物的工作原理没有很好的概念性理解。虽然在更高温度方面取得了突飞猛进的进展,但它很快就陷入了停顿,这在很大程度上是因为它受到了反复试验的推动。近年来,人们更好地了解了使超导成为可能的机制,我们看到了第二次气温迅速上升的爆发。

这一进展的关键是对富氢化合物的新关注,它建立在这样一种知识的基础上,即氢在固体中的振动有助于鼓励超导电子对的形成。通过使用超高压,研究人员已经能够迫使氢进入固体,这些固体最终在不求助于液氮的情况下可以达到的温度下超导。

现在,研究人员通过展示第一种在室温下超导的化学物质,清除了一个主要的心理障碍。只有两个问题:我们不能完全确定这种化学物质是什么,它只能在250万大气压下起作用。

在正常的材料中,电子作为个体运动,撞上原子和缺陷,并在这个过程中产生电阻。为了在这些材料中超导,电子必须找到一个伙伴来形成所谓的库珀对。一旦配对,这些电子就可以作为量子流体在材料中传播,基本上可以选择它们可以使用的任何路径。这使得他们可以避免所有的不完美,否则可能会减慢他们的速度。你有超导性。

为了鼓励超导性,你必须鼓励库珀对的形成,这涉及到克服电子的自然排斥力。克服这种排斥力的物理原理涉及到电子与它们所在材料中的振动(称为声子)之间的相互作用。

高频声子在鼓励库珀对形成方面是最有效的。这就把我们带到了氢的问题上。氢原子的低质量使得高频振动更容易实现,这意味着富氢材料是很好的高温超导体候选材料。

回顾一下,氢原子产生高频声子,这鼓励了电子对,从而使超导成为可能。所以我们只需要弄清楚如何制造高氢含量的材料。

到目前为止,这两个最突出的例子都是使用超高压来创造这些材料的。在一个实验中,压力作用于硫化氢,使其分解并挤压出纯硫和某些化学物质的混合物,氢与硫的比例不寻常且不清楚。在另一种实验中,氢和镧的混合物被挤压在一起形成氢化镧,它的晶体结构中含有大量的氢。两者都达到了当时创纪录的温度。