室温超导体创记录

在极高的压力下用氢压缩简单的分子固体，工程师和物理学家在室温超导材料的竞争中创造了新的记录。的实验室Ranga迪亚斯他是哈佛大学机械工程和物理与天文学的助理教授罗彻斯特大学该研究报告了材料具有超导性的温度的新记录，并开发了一种在比以前报道的更低的压力下合成超导材料的新方法。

迪亚斯说，开发超导材料——在室温下不产生电阻和磁场——是凝聚态物理的“圣杯”。迪亚斯说，寻找了一个多世纪的这种材料“绝对可以改变我们所知的世界”。

在一篇报道中杂志封面文章自然(并且作为自然的播客)，迪亚斯和他的研究小组将氢、碳和硫结合起来，在钻石砧电池中光化学合成了简单的有机碳硫氢化物，这是一种用于在异常高压下检测极少量材料的研究设备。

结果创造了一个新的记录:一种材料在大约58华氏度和大约3900万磅每平方英寸(psi)的压力下表现出超导性。

在一个第二项研究发表在物理评论快报该实验室描述了用钯薄膜从钇中分离氢原子的过程。产生的超氢化钇在12华氏度和大约2600万磅每平方英寸的条件下具有超导性。(海平面上的压力约为15 psi。)

虽然这种压力对于实际应用来说仍然过高，但与研究人员去年秋天报告的室温超导材料相比，这种新材料是一个显著的改进自然．这两个结果都表明，在最终创造室温超导体方面取得了进展。

迪亚斯说:“我们将继续使用这种新方法在常压下合成新的超导材料。”

迪亚斯教授说材料科学和高能量密度物理他说，如果超导的非凡特性能够变得更加实用，这种材料将为许多潜在的应用打开大门。

应用程序包括:

• 传输电力而不因电线中的电阻而损失高达2亿兆瓦时(MWh)的电网
• 一种推动悬浮列车和其他交通方式的新方法
• 医学成像和扫描技术，如核磁共振成像和心磁造影
• 更快，更高效的电子数字逻辑和存储设备技术。

由钻石砧电池产生的超导材料的数量是用皮奥立特来测量的——大约是一个喷墨粒子的大小。迪亚斯说，下一个挑战是找到在较低压力下制造室温超导材料的方法，这样它们就可以经济地大批量生产。

为什么室温对超导性很重要

超导性首次发现于1911年，它赋予材料两种关键特性。电阻就消失了。由于一种叫做迈斯纳效应的现象，任何类似磁场的东西都会被排出。磁力线必须绕过超导材料，使这些材料悬浮成为可能，这可以用于无摩擦的高速列车，即磁悬浮列车。

强大的超导电磁铁已经是磁浮列车、磁共振成像(MRI)和核磁共振(NMR)机器、粒子加速器和其他先进技术的关键部件，包括早期的量子超级计算机。

但设备中使用的超导材料通常只能在极低的温度下工作——比地球上任何自然温度都低。这种限制使得它们的维护成本很高，而且扩展到其他潜在应用程序的成本也太高了。迪亚斯说:“在低温下保存这些材料的成本太高，你无法真正获得它们的全部好处。”

此前，超导材料的最高温度是去年在德国美因茨马克斯普朗克化学研究所Mikhail Eremets的实验室和芝加哥伊利诺伊大学的Russell Hemley小组实现的。该研究小组报告了使用超氢化镧在-10到8华氏度下的超导性。

近年来，研究人员还探索了氧化铜和铁基化学物质作为高温超导体的潜在候选材料。然而，氢——宇宙中含量最丰富的元素——也提供了一个有希望的组成元素。

“为了得到高温超导体，你需要更强的化学键和更轻的元素。这是两个非常基本的标准，”迪亚斯说。“氢是最轻的材料，氢键也是最牢固的材料之一。

“理论上，固体金属氢具有高德拜温度和强电子-声子耦合，这是室温超导所必需的，”Dias说。

然而，仅仅是把纯氢变成金属态就需要非常高的压力2017年在实验室首次实现由哈佛大学教授艾萨克·西尔维拉和迪亚斯共同完成，当时迪亚斯是西尔维拉实验室的博士后。

超导体的“范式转变”

因此，罗彻斯特的迪亚斯实验室在其研究方法上进行了“范式转变”，使用富氢材料作为替代，这种材料模拟了难以捉摸的纯氢超导相，并且可以在更低的压力下金属化。

论文合著者包括首席作者Elliot Snider ' 19 (MS)， Nathan Dasenbrock-Gammon ' 18 (MA)， Raymond McBride ' 20 (MS)， Kevin Vencatasamy ' 21，和Hiranya Vindana (MS)，所有的Dias实验室;英特尔公司的Mathew Debessai，拉斯维加斯内华达大学的Keith Lawlor和Ashkan Salamat。

该项目得到了美国国家科学基金会、美国能源部储备管理学术联盟计划及其科学、聚变能源科学办公室的资助。金刚石表面的制备部分是在真空中进行的罗彻斯特大学综合纳米系统中心(URnano)。

- Chris Vavra编辑，网页内容经理，控制工程， CFE Media and Technology，cvavra@cfemedia.com．