物理新大门——人类首次发现室温超导

文/陈根

1911年，荷兰科学家海克·卡末林·昂内斯（Heike Kamerlingh Onnes）等人发现，汞在极低的温度下，其电阻消失，呈超导状态，打开了超导世界的大门。

其后，超导材料也被更多研究和应用。当前，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。

然而，这些装置中使用的超导材料通常只能在比地球上任何自然温度都低的极低温度下工作。这一限制使得它们的维护成本很高，扩展到其他潜在应用程序的成本也太高，这也让室温超导的观测成为实验物理中长期存在的挑战之一。

近日，《自然》杂志发表了一项物理学研究成果，一个美国科学家团队报告，高压下在有机成分源的氢化物中，观察到了室温超导现象。这代表人类向长久以来的目标——创造出具有最优效率的电力系统，迈出了重要一步。

研究人员表示，要有一个高温超导体，需要更强的键和氢元素，这是两个非常基本的标准。而其中，氢是最轻的物质，氢键是最强的键。

然而，纯氢只能在极高的压力下转化为金属状态，因此研究小组转而采用富含氢的替代材料，但仍能保持所需的超导性能，并能在较低的压力下进行金属化。

其具体配方包括氢、碳和硫的混合物，并在一种叫做金刚石顶砧的高压研究装置中进行合成有机衍生的含碳硫氢化物。这种碳硫氢化物在大约58°F（14.5°C）和大约3900万帕斯卡的压力下表现出超导性。值得一提的是，这种压力，约是典型胎压的100万倍。

在新系统中，用激光和压力将元素前驱体（碳、硫和分子氢）转化为超导材料。超导临界温度随压力增加而上升，达到了实验的最高压力值。

常压下室温不行，室温下常压难顶，但尽管如此，这一成果也对超导现象的探索乃至实现能够应用的室温超导具有重要指导意义。研究人员认为，我们生活在一个半导体社会，有了这种技术，就可以把社会带入一个超导社会，这也以为着人们再也不需要像电池这样的东西了。