北京
一种铜氧化物超导体在-190华氏度无电阻导电，这是常压下迄今达到的最高温度。
30多年来，一个数字一直横亘在超导研究的前方，如同顽固的壁垒：133开尔文，约零下220华氏度。尽管历经数十年努力，始终没有材料能在常压下以更高的温度实现超导。
如今，休斯顿大学和阿贡国家实验室的研究人员打破了这个保持了数十年的纪录。
他们先将一种铜氧化物超导体短暂置于极端压力之下，然后迅速撤去压力，由此在常压下实现了151开尔文（零下190华氏度）的超导。
这项纪录之所以重要，是因为超导体能够无电阻地输送电流，有望消除电网的能量损耗，并催生更强的磁体、量子技术和聚变系统。
然而，多数超导体只在极低温度下工作，而少数接近室温的超导体又需要巨大的压力，使得它们难以在实验室之外实用化。
这项新结果意味着，压力或许不必一直伴随超导。通过将超导体“锁定”在压力改变后的状态，研究人员保住了那种通常在撤去挤压时就会消失的温度提升。以下是他们的做法：
将超导性推至30年前的极限之外
研究团队采用了一种名为Hg-1223的铜氧化物超导体，它正是自20世纪90年代初以来一直保持常压纪录的材料。
研究人员指出：“为了通过压力淬火方法在常压下创下最高临界温度（Tc）纪录，我们选择了化学性质稳定的Hg1223，因为它在常压下拥有目前最高的Tc纪录133 K，并且Tc呈现出很大的正压力效应，在压力下可达164 K。”
他们在金刚石对顶砧中将微小样品挤压到近30吉帕斯卡，大约是海洋底部压力的300倍。在此条件下，材料的超导临界温度大幅上升。
关键的一步出现在压缩之后。研究人员没有让材料缓慢恢复常态，而是在保持样品低温的同时迅速释放压力。
这种“压力淬火”过程将材料困在亚稳态，阻止其原子结构完全回到正常。结果是，即便压力完全撤除，样品仍在151开尔文保住了超导性，比原先的纪录高出18开尔文。
X射线揭示改善何以存留
打破纪录只是挑战的一半。研究人员还想知道，为什么材料在卸压后仍能保持更优的性能。
为此，团队使用了阿贡国家实验室的先进光子源。其高度聚焦的X射线束使他们得以检视压力淬火过程中材料内部细微的结构变化。
测量结果显示，快速泄压在晶体结构中留下了大量微观缺陷。通常情况下，这类缺陷被视为不完美，但在这里，它们似乎有助于稳定超导状态。
这些发现表明，材料保留了高压环境的结构“记忆”。它没有完全松弛回到原本的形态，而是保留了足够多由压力诱导的排列，从而在更高温度下维持超导。
进一步检验“加压再释放”技巧的时候到了
这项新纪录并未消除对冷却的需求，该材料的工作温度仍远低于室温。但这项研究证明，通过压力增强的超导性在压力移除后依然能够存留，这是研究人员长久以来追求的结果。
与需要持续极端压力的超导体不同，这种新材料现在可以在常规实验室条件下进行研究。这能让研究人员更容易探究其行为背后的机制，并探索潜在的应用。
“由于这种材料在常压下依然超导，科学家可以用普遍可得的仪器来研究它，并着手开发在日常条件下工作的技术。”参与研究的阿贡国家实验室物理学家周华（Hua Zhou）说。
下一步是确定能否将相同的策略应用于其他超导体，包括那些在压力下能达到更高转变温度的材料。如果成功，这一方法将可能为开发在越来越接近寻常条件下工作的超导体，提供一条切实可行的路径。
该研究发表在《PNAS》期刊上。
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