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|室温超导问世，常温常压的超导体还会远吗？( 二 )


|室温超导问世，常温常压的超导体还会远吗？
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R-T曲线 | 图片来源
由曲线可以分析出 ， 此种化合物仍属于常规超导体 。
超导体分为常规超导体和高温超导体 ， 其中常规超导体中电子-声子相互作用较弱 ， 可以用BCS理论解释；高温超导体（主要包括铜氧化物超导体和铁基超导体） ， 则不能用BCS理论解释 。
BCS理论认为 ， 超导态物质之所以有完全导电性 ， 是因为低温下 ， 电子中自旋、动量都相反的可以两两结合成对 ， 称为Cooper（库珀）对 。 Cooper对在晶格中的运动是无损耗的 。
那么 ， 有读者可能会提出疑问了 。 电子和电子之间明明同性相斥 ， 怎么能结合成对呢？
这是由于电子间不是直接相互作用的 ， 而是通过晶格振动传递相互作用的：带负电的电子在运动时 ， 会对附近带正电的晶格粒子产生吸引作用 ， 而这些被吸引的很多带正电的晶格粒子 ， 会异性相吸吸引来其他带负电的电子 。
怎么才能使电子更容易形成Cooper对呢？当然是一个电子吸引来的晶格粒子越多越好啦！而其中最轻的粒子 ， 也就是元素周期表的第一位：氢（H） ， 成为最佳候选人 。
固体氢的熔点为14K（约-259℃） ， 而且低温并不超导 。 科学家们预测 ， 在高压下 ， 固体氢会由绝缘态变为金属态 。 由于H原子很轻 ， 因此金属氢形成Cooper对的温度 ， 即超导转变温度也应该很高 ， 更可能接近室温 ， 但所需的高压也非常高——高到现有的设备难以满足 。 而一些含H的化合物 ， 则可以在目前技术水平可达到的高压下 ， 在室温形成超导体 。 如2019年 ， 德国马普所研究的氢化镧（LaH10）就可以在170GPa（170万个大气压）的高压下 ， 实现250K（约-23℃）的超导转变温度 。 而本次使用的C、H、S化合物则取得了进一步突破 ， 在267GPa（267万个大气压）的高压下 ， 实现288K（约15℃）的超导转变 。 值得一提的是 ， 此前我国科学家（吉林大学崔田、马琰铭团队）也曾经理论预测过本材料的高温超导电性 。
虽然解决了温度这一难题 ， 但又出现了高压这个难题 ， 此次的室温超导是在267GPa的高压下达成的 ， 这是什么概念呢？地球地心处的压力约为300GPa ， 267GPa已经十分接近地心压力了 。 这么高的压力 ， 全世界也只有很少的实验室可以达到 。
那么 ， 这项研究是不是没什么实际意义呢？非也！这个实验可以给我们带来的启发非常非常多：启发我们思考常规超导体和高温超导体的关系、超导电子配对的机制、未来寻找新材料的方向、应用超导技术的新领域等等 。 而且 ， 它还给我们描述了一个美好的未来 ， 一个超导机理的谜团解开 ， 真理现于世间的未来；一个常压室温超导成为现实、超导技术大范围造福于民的未来 。 毕竟梦想还是要有的 ， 万一真的实现了呢？
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出品：科普中国
制作：米老猫（中科院物理所）
监制：中国科学院计算机网络信息中心
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编辑：Norma


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