超导效应|超导体“自甘堕落”：超导效应正走向常温常压( 二 )

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在20世纪80年代中期，对含有镧和钡元素的铜氧化物进行的实验发现，其在超过 30 K 的温度下也具有超导性，这一发现打破了长期以来的温度记录，很快又发现使用锶代替钡在30K的温度下也具有超导性，后面又被钇钡铜氧化物这一种新材料再次打破温度记录。

这一发现是人类在超导研究上巨大的进步，钇钡铜氧化物不是在低于约40K的温度下实现超导，其是在77K以上温度下的超导的材料（它在92K时超导），这意味着你可以使用便宜得多的液氮来将你的设备冷却到超导温度。

这些发现导致了超导研究的爆炸性增长，各种材料被引入和探索，不仅极端温度，而且极端压力也被应用于这些系统。尽管围绕超导的研究出现了巨大的爆炸式增长，但超导的最高温度停滞不前，几十年来未能突破 200 K 屏障（而室温仅低于 300 K）。

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尽管如此，超导性在实现某些技术突破方面已经变得无比重要。它被广泛用于创造地球上最强的磁场，这些磁场都是通过超导电磁铁制成的。从粒子加速器（包括欧洲核子研究中心的大型强子对撞机）到诊断性医疗成像（它们是核磁共振机器的一个重要组成部分），超导性不仅本身是一个迷人的科学现象，而且还是一些优秀的科学加速实现的催化剂。

室温超导体提上日程

对于我们大多数普通人来说，对超导体的了解可能更多停留在其有趣和新颖的应用层面，例如利用那些强磁场使青蛙悬浮起来，或者利用超导的优势使无摩擦的冰球悬浮在上面并在磁轨上滑动，但这并不是真正的社会目标。目标是为我们的星球创造一个电气化的基础设施系统，从电力线到电子产品，其中电阻是过去的事情。虽然目前一些低温冷却系统利用了这一点，但室温超导体可能导致一场能源效率革命，以及磁悬浮列车和量子计算机等应用中的基础设施革命。

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2015年，科学家采取了一种非常类似于水 (H2O) 的简单分子--硫化氢（H2S），并对其施加了令人难以置信的压力——155千兆帕，是海平面上地球大气压力的1500000倍以上(相当于对你身体的每一平方英寸施加了超过10000吨的力量) ，困扰科学家几十年的200K屏障，在这种极度高压的条件下被成功破解了。

这条研究路线非常有前途，以至于许多对实现超导问题的实际解决方案的前景感到失望的物理学家再次对它产生了兴趣。在2020年10月14日的《自然》杂志上，罗切斯特大学的物理学家Ranga Dias和他的同事在极端压力（约267千兆帕）下混合了硫化氢、氢气和甲烷，创造出了一种材料--光化学转化的碳质硫氢化物系统。其首次观察到最大超导转变温度为 288 K(约 15 摄氏度),这意味着一个简单的冰箱或热泵会突然使超导成为可能。

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去年的发现代表了一个巨大的象征性突破，因为近年来在极端压力下，已知的超导温度的提高是稳步进行的。2015年对氢和硫加压的工作破解了200K的障碍，2018年对涉及镧和氢的高压化合物的研究破解了250K的障碍。发现一种可以在液态水温度下超导的化合物（尽管是在极高的压力下）并不完全是一个惊喜，但突破室温屏障确实是一件大事。

然而，实际应用似乎仍然非常遥远。在普通温度但极端压力下实现超导并不比在普通压力但极端温度下实现超导要容易得多；两者都是普及的障碍。此外，超导材料只有在保持极端压力的情况下才会存在；一旦压力下降，发生超导性的温度也会下降，接下来需要突破解决的是创造一个没有这些极端压力的室温超导体。