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零下23℃ 超导材料最高临界温度刷新

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科技日报华盛顿 5 月 22 日电 (记者刘海英)超导材料能无损耗传输电能,但其应用却因超导态严苛的低温要求而受限。因此,实现室温超导成为科学家的重要目标,如今他们离这一目标越来越近。

在最新一期《自然》杂志上,美德两国科学家组成的研究小组发表论文称,他们实验证实,高压下的氢化镧在 250K(K代表绝对温标开尔文,250K 大约为-23℃)下中具有超导性。而 250K,是迄今为止超导材料中已证实的最高临界温度。

过去的一个世纪里,科学家一直在寻找能在室温下具有超导性的材料,随着越来越多的超导材料被发现,最高临界温度的纪录也在不断刷新,逐步向室温目标迈进。

在 2018 年,两个独立研究小组几乎同时报告称,压缩的氢化镧化合物可能在更高的温度下表现出超导性,其临界温度范围从 215K—280K 不等。这一理论预测在当时引起了广泛关注。

此次,美德两国研究人员通过实验验证了这一理论预测。他们使用一种被称为金刚石压腔的设备,利用两颗金刚石挤压一小块儿镧样品,使其在 170 吉帕的高压下转化为氢化镧化合物——LaH10,然后用X射线探测其结构和成分。

研究人员观察到 LaH10 具有零电阻、在外加磁场作用下临界温度会降低、同位素效应(临界温度依赖于同位素质量的现象)这 3 个超导材料特征,但因样本量太小而无法对超导材料的另一个重要特征——迈斯纳效应(一种超导体对磁场的排斥现象)进行观测。

他们表示,其所观察到的 3 个特征已可以证明,在 250K 的温度下,氢化镧在超过 100 万倍地球大气压下会变成超导物质。

250K,是目前人类高温超导的最新纪录,比此前的最高临界温度增加了 50K 左右。研究人员称,这是向实现室温超导目标迈出的令人鼓舞的一步。

而同期《自然》杂志上刊发的评论文章则指出,这一研究结果表明,科学家对超导材料的研究可能进入了一个新阶段,开始从靠经验规则、直觉或运气发现超导体向由具体理论预测指导研究过渡。

总编辑圈点

百年时间里,人类已实现数万种材料的超导,但室温超导一直还是“终极目标”。这是因为,目前大多数超导体仍然仅在接近绝对零度的温度下工作。

其意味着实际应用中需要依赖昂贵的低温液体——例如液氦等来维持低温环境。也因此超导应用的成本急剧增加,甚至维持低温的成本,都要远超材料本身的价值。

如今诞生的又一全新纪录,标志着科学家实现室温超导的步伐正在加快,也代表着我们距离跨入无电力损耗的全新时代更进了一步。