老胡说科学|科学家首次实现了室温超导——里程碑式的突破一种由氢、碳和硫组成的新型金属化合物

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一种由氢、碳和硫组成的新型金属化合物，在一对金刚石砧之间施加压力时，在59华氏度下显示出了超导性。
纽约的一组物理学家发现了一种能在室温下高效导电的材料，这是一个长久以来寻求的科学里程碑。研究小组最近在《自然》杂志上报道，这种氢、碳和硫化合物在59华氏度的温度下以超导体的形式工作。这比去年创下的高温超导记录还要高50多度。
“这是我们第一次真正宣称已经发现了室温超导性， ”西班牙巴斯克地区大学的凝聚态理论学家埃雷亚说。
材料科学家现在面临着发现超导体的挑战，这种超导体不仅可以在正常温度下工作，还可以在日常压力下工作。这种新化合物的某些特征为将来找到合适的原子混合物带来了希望。

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当自由流动的电子撞击组成金属的原子时，普通导线就会产生电阻。但是，研究人员在1911年发现，在低温下，电子可以在金属的原子晶格中诱发振动，而这些振动反过来又把电子拉到一起，形成称为库珀的对偶。不同的量子规则支配着这些对偶，它们成群结队地穿过金属晶格，不受任何阻碍，没有任何阻力。超导流体还会排斥磁场——这一效应可以让磁悬浮交通工具无摩擦地漂浮在超导轨道上。
然而，随着超导体温度的升高，粒子会随机地晃动，打破了电子微妙的平衡。
研究人员花了几十年的时间寻找一种能承受日常环境高温的超导体，这种超导体的库珀探戈紧密地结合在一起。 1968年，康奈尔大学的固体物理学家尼尔·阿什克罗夫特提出，用氢原子的晶格就能达到这个目的。氢的微小尺寸使电子更接近晶格的节点，增加了它们与振动的相互作用。氢的轻巧性还使那些引导的波纹更快地振动，从而进一步增强了与库珀对的粘合力。

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要把氢压成金属晶格需要非常高的压力，这是不切实际的。然而，阿什克罗夫特的研究带来了希望，一些“氢化物”可能在更容易获得的压力下提供金属氢的超导性。
这方面的进展始于21世纪初，当时的超级计算机模拟让理论学家能够预测各种氢化物的性质，而金刚石砧的广泛使用使实验家们可以挑选最有前途的“候选人”来测试超导性。
突然，氢化物开始创造纪录。 2015年，德国的一个研究小组发现，在150万倍的大气压下，一种金属形式的硫化氢能在零下94华氏度下超导。四年后，该实验室使用氢化镧在180万大气压下达到零下10度，而另一个小组在8度的温度下发现了该化合物存在超导性的证据。

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在直觉和粗略计算的指导下，研究小组测试了一系列氢化合物，以寻找氢的黄金比率。添加的氢太少，化合物就不能像金属氢那样具有坚固的超导性。如果添加太多，样品就会像金属氢一样，只有在高压下才会金属化。在他们的研究过程中，该团队破坏了几十对价值3000美元的钻石。 “钻石预算是我们研究的最大问题。 ”迪亚斯说。
研究人员从硫化氢开始，加入甲烷(碳和氢的化合物) ，然后用激光烘烤混合物。迪亚斯的合作者、内华达大学的凝聚态物理学家阿什坎·萨拉马特(说：“我们能够丰富这个系统，并引入适量的氢，使这些库珀对维持在非常高的温度下。 ”
但他们制作的氢-碳-硫化合物的细节却让他们无从知晓。氢太小了，无法在传统的晶格结构的探针中显示出来，因此该小组不知道原子是如何排列的，甚至不知道这种物质的确切化学公式。