侧面政策 金磊从凹非寺
量子比特报告|公众号 QbitAI
一项新的记录正在当今的物理学界引起轰动。
超导性也可以在15摄氏度的温度下观察到！
这是罗切斯特大学的最新研究，他们设计了一种新型的氢化，可以在如此"高温"下导电而没有任何阻力。
科学家发现，这种由氢硫碳组成的材料可以在室温下在巨大的压力下（约占地球核心的75%）转化为超导体。
它也是人类发现的第一个室温超导体。
今天，《自然》杂志也以封面的形式报道了它，这具有重要意义。
西班牙巴斯克地区大学的凝聚态物质理论家Ion Errea说：
这是第一次真正宣称室温超导性。
剑桥大学材料科学家Chris Pickard评论道：
这显然是一个里程碑。
<第一个室温超导体>h1级"pgc-h-right-arrow"</h1>
罗切斯特大学的科学家将两种氢气混合在一起，然后在超高压下重新组装整个混合物。
他们选择了硫化氢（一种臭鸡蛋气体）和甲烷（天然气的主要成分），并将这两种物质与铂电极一起放入金刚石镐中。
钻石是两颗"尖端到尖端"的钻石，可以在它们之间施加巨大的压力，并达到数百万个大气层。
当压力超过40，000个大气压时，研究人员使用绿色激光照射数小时，破坏硫 - 硫键以形成硫氢化合物。
在175万个大气压下，样品冷却至-93°C，并发生超导跃迁。如果压力继续增加，超导跃迁的临界温度将增加。
当大气压达到267万时，只需将样品降低到15摄氏度，就可以看到电阻消失了。
除了零电阻外，科学家们还发现了其他超导体的证据，例如材料在温度变化时屏蔽磁场，这是超导体的一个重要特征。
为了找到室温超导化合物，他们使用了数十对钻石，每对钻石的成本为3000美元。"我们看到的最大问题是钻石预算，"研究作者Langa Dias说。"
钻石产生的超导材料非常少量，大约是单个喷墨颗粒的大小。而且这种超导材料只要放置一夜，就不够稳定，无法分解。
超高压条件和不稳定的性质意味着这种室温超导体很难具有实用性，但这是人类首次发现的室温超导体，探索超导体100多年的道路上是一个里程碑。
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超导体是低于一定温度的零电阻的导体。
超导现象是由荷兰物理学家Enes在100多年前发现的。当他将汞降低到4.2K（约零下269度）时，他发现对汞的抵抗力突然消失了，并获得了1913年诺贝尔物理学奖。
除了"零电阻"，它还具有"完全电阻磁性"和"量子通量"的特征。
完全抗磁，也称为迈斯纳效应，允许超导体内部的磁感应强度为零，超导体排斥体内的磁场。此功能的最大用途是用于磁悬浮。
磁通量量子化，也称为约瑟夫森效应，是指当两个超导体之间的绝缘层薄到原子尺寸时，电子对可以通过绝缘层隧道电流的现象。
超导体中的量子通量可用于制造超导计算机。
除了这些高大的设备，我们的日常生活都依赖于超导体，比如医院的MRI，手机信号基站需要超导体来制造滤波器。
然而，超导体的低温极限是阻碍其应用的最大限制。
直到1987年，美籍华裔物理学家朱景武在液氮（77K）温度区发现了"高温超导体"铜氧，超导体才得到更广泛的应用。
但科学家们希望找到一种可以在室温下使用而无需冷却的超导体。
这就是为什么这一发现产生了如此大的影响 - 科学家们几十年来一直在寻找超导体，而提高温度意味着不需要复杂的冷却设备。
要知道，这项研究比去年的最新进展高出30多摄氏度。
除了高温的限制外，还有高压。
超导体只能在非常高的压力下生存，相当于靠近地球中心的压力，相当于马里亚纳海沟压力的40倍。
因此，正如研究作者所说，这意味着它不会有任何直接的实际应用。
尽管如此，物理学家仍希望超导体能够为开发在较低压力下工作的零电阻材料铺平道路。
<h1级"pgc-h-right-arrow"的5年></h1>
五年前，一位德国物理学家的发现为寻找室温超导体打开了大门。
为了弄清楚为什么氢- 硫 - 碳成为室温超导体，让我们首先介绍超导原理。
在正常条件下，电子作为个体移动，并在与原子碰撞时抵抗。
在超导体中，两个电子配对形成所谓的"铜对"。一旦电子被伴随，它们就会以量子液体的形式畅通无阻地通过导体，导致电阻完全消失。
库珀的形成可以这样理解：
当一个带正电的原子被电子吸引时，它就会聚集起来，在这里，多一点正电荷自然地吸引其他电子过来，两个电子配对。
显然，原子质量越重，吸引电子就越难，电子形成库珀对就越难，因此科学家们正在研究最轻的原子氢。
问题是在常压下固体氢中没有自由电子。只有通过改变固体氢在高压下的结构，氢释放电子，才有可能形成库珀对。此时氢成为金属状态 - 金属氢。
木星内部可能存在金属氢
1968年，康奈尔大学物理学家尼尔·阿什克罗夫特（Neil Ashcroft）预测，金属氢在室温下应该是超导体。
然而，将金属氢转化为超导体所需的压力太大，无法通过现有的实验室条件来满足，而这些条件可能在木星内部满足。
科学家制备高压金属氢
2017年，哈佛大学的科学家在实验室里生产了金属氢，但压力不足以把它变成超导体。
阿什克罗夫特将他的希望寄托在富氢化合物上，这些化合物可以在略低的压力下成为超导体。
但添加一定比例的氢气是一项技术活动。如果添加太少，这些化合物就不像金属氢那样具有超导性。如果添加太多，复合超导所需的压力太大，无法在实验室中实现。
最后，在2015年，德国科学家Eremets发现氢和硫的化合物在-70°C时转化为超导体。
2018年，该团队（也称为Eremets）发现了超导体碳氢化合物，它在-23摄氏度和170万个大气压下变成超导体。
<作者和团队对> h1类"pgc-h-right-arrow"的介绍</h1>
该研究的团队，来自罗切斯特大学。
△兰加迪亚斯
该研究的通讯作者Ranga Dias在科伦坡大学学习物理和数学。
2007年，Dias搬到华盛顿特区.C，开始他的博士工作，专注于极端凝聚态物理学，专门研究简单分子系统中的超导和绝缘体金属转变。
△内森·达森布罗克-甘蒙
Nathan Dasenbrook-Gammon是北肯塔基大学物理学博士生，也是一名博士生。
△雷·麦克布莱德
罗切斯特大学的研究生Ray McBride正在攻读机械工程硕士学位。2018年，我获得了SUNNY Geneseo的物理学学士学位，在那里我担任导师和实验室讲师。
如果超导体可以应用于日常生活中，对人们生活的影响一定是巨大的。
当然，这条路是"堵路又长"，虽然已经过山，但还有很多问题需要解决。
作为回应，作者还表达了他们研究的下一步：
制造不需要高压和稳定的高温超导体。
相关链接：
https://www.nature.com/articles/d41586-020-02895-0
https://www.quantamagazine.org/physicists-discover-first-room-temperature-superconductor-20201014/
- 完成 -
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