室溫下實現(xiàn)碳—硫—氫體系超導。圖片來源：ADAM FENSTER

10月14日，《自然》報道了美國羅切斯特大學物理學家Ranga Dias聯(lián)合內華達大學等團隊在室溫超導領域的重大突破：實現(xiàn)287K（約15℃）溫度下的碳—硫—氫體系超導。

但這種新型室溫超導體只能在267GPa（相當于地球中心壓力3/4）的壓力下工作。換句話說，如果研究人員能夠將這種材料穩(wěn)定在環(huán)境壓力下，超導應用普及的夢想就有望實現(xiàn)，比如用于核磁共振成像和磁懸浮列車、無耗散電流傳送和不需要冷卻的超強超導磁體等。

“這是一個里程碑。”英國劍橋大學物理學家Chris Pickard說。但是，美國加州大學圣迭戈分校物理學家Brian Maple認為，該實驗的極端條件意味著，盡管它“相當驚人”，但“這肯定不會對制造中的設備有用”。

研究人員將碳和硫元素形成的混合物球磨成5微米以下的顆粒，隨后裝載到金剛石壓砧（產生超高壓的裝置）中，并充入高壓氫氣。在加壓的狀態(tài)下，用紫外光照射，壓力和光輻射共同驅動S-S鍵的光分解，形成硫自由基，并與氫分子反應生成硫化氫，最終制出均勻透明的晶體。

當將壓力提高到148GPa并表征電導率時，研究人員發(fā)現(xiàn)材料在147K時變成了超導體。將壓力進一步增加到267GPa，研究小組達到了287K的超導“臨界溫度”，磁性測量也表明樣品已經變成了超導體。

中國科學院物理研究所研究員靳常青表示，該研究提供了旨在證明超導兩個最基本特性的實驗結果，即零電阻和抗磁性。

靳常青告訴《中國科學報》，在超高壓環(huán)境下，樣品的量非常小，在文章所述的微米級尺度下檢測樣品電阻，尤其是磁信號的實驗難度非常大。

“這個實驗結果如能得到其他研究組的進一步確認，對超導的基礎研究和潛在的室溫大規(guī)模應用而言，都是相當令人鼓舞的進展?？茖W家需要繼續(xù)深入認識構效關系，比如通過化學摻雜，如何在較低壓力甚至常壓下實現(xiàn)室溫和更高溫度超導?！苯Ｇ嗾f。

實際上，硫化氫在高壓下會變身高溫超導體，曾被中國科學家“預言”。2014年，吉林大學教授馬琰銘、崔田團隊各自通過理論計算預測：硫化氫在160GPa下超導臨界溫度為80K；硫化氫與氫的復合結構在200GPa下超導臨界溫度在191K至204K之間。

2015年，德國馬普學會化學研究所物理學家Mikhail Eremets團隊在高壓條件下的硫化氫結構中達到了203K（約-70℃）的超導臨界溫度。2019年，Eremets團隊再次在《自然》發(fā)文報告了鑭—氫化物在170GPa、250K（約-23℃）的超導性，這也是此前高溫超導體的最高臨界溫度紀錄。

Eremets表示，此次最新研究似乎提供了關于高溫電導率令人信服的證據。但他指出，Dias小組還不能確定超導化合物的精確結構，他希望從實驗中看到更多的“原始數據”。

Dias等人表示很快就會著手解決這個問題，而且他們可能也會用其他元素來替代三組分混合物，希望能產生溫度更高的超導體。

相關論文信息：https://doi.org/10.1038/s41586-020-2801-z