最新《Nature》：重大突破！实现21℃近环境压力下的超导性

如果超导材料能够在环境温度和压力条件下存在，其表现出的零电阻现象将具有巨大的应用潜力。尽管几十年来进行了大量的研究，但这种状态尚未实现。在环境压力下，铜盐是在最高临界超导转变温度（Tc）下表现出超导性的材料，高达约133 K。在过去十年中，以氢为主的合金的高压“化学预压缩”引领了对高温超导性的研究，证明Tc在兆巴压力下接近二元氢化物中水的冰点。三元富氢化合物，如碳硫氢化物，提供了更大的化学空间，可以潜在地改善超导氢化物的性能。

来自美国罗切斯特大学的Ranga P. Dias等研究者报道报道了氮掺杂的氢化镥的超导性证据，在10K kbar时最大Tc为294 K（21℃），实现了室温和接近环境压力下的超导性。相关论文以题为“Evidence of near-ambient superconductivity in a N-doped lutetium hydride”03月08日发表在最新一期Nature上。

论文链接：

https://www.nature.com/articles/s41586-023-05742-0

该化合物是在高压高温条件下合成的，然后在完全恢复后，沿着压缩路径检测其材料和超导性能，包括有或无外加磁场的温度相关电阻、磁化（M）与磁场（H）曲线、交流和直流磁化率以及热容测量。X射线衍射（XRD）、能量色散X射线（EDX）和理论模拟为合成材料的化学计量提供了一些见解。然而，需要进一步的实验和模拟来确定氢和氮的精确化学计量以及它们各自的原子位置，以便进一步了解材料的超导状态。

图1. 近环境压力下镥-氮-氢的超导性

图2. 镥-氮-氢体系的温度依赖性和场依赖性电阻及V-I行为

1911年，荷兰莱顿大学的卡末林-昂内斯意外地发现，将汞冷却到-268.98℃时，汞的电阻突然消失；后来他又发现许多金属和合金都具有与上述汞相类似的低温下失去电阻的特性，由于它的特殊导电性能，卡末林称之为超导态。卡茂林由于他的这一发现获得了1913年诺贝尔奖。人们把处于超导状态的导体称之为“超导体”。超导体的直流电阻率在一定的低温下突然消失，被称作零电阻效应。导体没有了电阻，电流流经超导体时就不发生热损耗，电流可以毫无阻力地在导线中形成强大的电流，从而产生超强磁场。超导材料和超导技术有着广阔的应用前景。但是目前超导材料实现的温度都很低，难以实现室温超导，因此其应用也受到了极大限制，但科学家们从未停止探索！

在2020年10月，还是美国罗彻斯特大学Ranga P. Dias教授团队报道了光化学转变的碳质硫氢化物体系中的超导性，压力为267 GPa时，最高超导转变温度为287.7K(约15摄氏度)。这项研究工作以“Room-temperature superconductivity in a carbonaceous sulfur hydride”为题发表在《Nature》上。遗憾的是，由于其他研究学者无法重复其实验，这篇Nature在2022年9月被撤稿了。

论文链接：

https://www.nature.com/articles/s41586-020-2801-z

室温超导材料一直是百年来科学家在不断攀登的珠穆朗玛峰，其具有极大的潜在应用价值。相信在科学家的努力下，超导研究会取得越来越大的进步。

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