啪啪打脸！南京大学实锤轰动一时的“室温超导”：无法重复

超导材料所表现出的无电阻特性在常温常压条件下具有巨大的应用潜力。最近，氮掺杂的氢化镥被认为具有近环境条件下超导性。这激发了全世界对探索低压下室温超导性的兴趣。

2023年5月11日，南京大学闻海虎、祝熙宇和李庆共同通讯在Nature在线发表了题为“Absence of near-ambient superconductivity in LuH2±xNy”的研究论文，该研究探索之前报道的氮掺杂氢化镥是否真正具有近环境压力下的超导性。通过高压高温合成技术，该研究成功地获得了颜色为深蓝色的氮掺杂氢化镥(LuH2±xNy)。该结构与之前报道的结构相同，只是晶格常数略有不同。拉曼光谱也显示了该研究的样品和之前报道样品之间的相似模式。EDS光谱证实了样品中氮的存在。

在环境压力下，该研究观察从350到2K的金属行为。通过施加从2.1到41GPa的压力，该研究观察到颜色从深蓝色到紫色再到粉红色逐渐变化。通过测量压力从0.4到40.1 GPa的电阻，该研究看到了逐渐改善的金属行为，而没有表现出低于2 K的超导性。高压下磁化强度的温度依赖性在100~320 K之间表现出非常弱的正信号，在100 K时磁化强度随磁场的增大而增大，这些都是100 K超导性所不期望的。因此，该研究得出结论，在低于40.1 GPa的压力下，氮掺杂的氢化镥不存在近环境压力下的超导性。

Ashcroft从理论上提出了金属氢和富氢材料，为探索室温超导性提供了有趣的平台。然而，在实验上很难在低压条件下实现高温超导。然后，理论家提出，由于内部化学压力的影响，多氢化物可能具有实现高温超导的潜力。随后，在理论预测的高压(~200 GPa)下，在转变温度(Tc)超过200 K的H3S中，通过实验观察到了HTS。此后，越来越多的富氢超导体被发现，如LaH10、CaH6等。

然而，根据对Bardeen-Cooper-Schrieffer (BCS)理论的基本理解，高温超导将依赖于非常强的电子-声子耦合和非常高的Bardeen温度。根据McMillan公式，假设Bardeen温度为500 K，库仑屏蔽常数μ*= 0.13，则Tc = 100 K时所需的电子-声子耦合常数λ为12.2。这种巨大的λ不能允许稳定的晶格结构，因此这种高温超导只能在这种系统中实现，当它们受到极高压力的保护时。

不同压力下LuH2±xNy的压力诱导颜色变化及温度依赖性电阻变化（图源自Nature）

2023年3月8日，罗切斯特大学Ranga P. Dias团队在Nature在线发表题为“Evidence of near-ambient superconductivity in a N-doped lutetium hydride”的研究论文，该研究报告了氮掺杂氢化镥在10 kbar（相当于1 GPa）的最大Tc为294 K的超导性的证据，即在室温和近环境压力下的超导性。

如果可以重复观察，这是非常有趣和重要的。据Dasenbrock-Gammon等人报道，深蓝色三元化合物(他们使用的分子式为LuH3-δNε)可以在相对较低的压力(1-2 GPa)下调谐为近环境超导体，同时颜色从蓝色变为粉红色和红色。实际上，在以前的实验中，其他小组在高压下报道了低Tc的超导性。因此，与上述氢化镥的结果相比，氮掺杂氢化镥的近环境压力下的超导性的发现确实令人震惊。在相对较低的压力下，氮掺杂的氢化镥是否真的存在室温超导性，这引起了人们极大的好奇。

该研究探索之前报道的氮掺杂氢化镥是否真正具有近环境压力下的超导性。通过高压高温合成技术，该研究成功地获得了颜色为深蓝色的氮掺杂氢化镥(LuH2±xNy)。该结构与之前报道的结构相同，只是晶格常数略有不同。拉曼光谱也显示了该研究的样品和之前报道样品之间的相似模式。EDS光谱证实了样品中氮的存在。

在环境压力下，该研究观察从350到2K的金属行为。通过施加从2.1到41GPa的压力，该研究观察到颜色从深蓝色到紫色再到粉红色逐渐变化。通过测量压力从0.4到40.1 GPa的电阻，该研究看到了逐渐改善的金属行为，而没有表现出低于2 K的超导性。高压下磁化强度的温度依赖性在100~320 K之间表现出非常弱的正信号，在100 K时磁化强度随磁场的增大而增大，这些都是100 K超导性所不期望的。因此，该研究得出结论，在低于40.1 GPa的压力下，氮掺杂的氢化镥不存在近环境压力下的超导性。

https://www.nature.com/articles/s41586-023-06162-w