一项在自然期刊线上发表的研究认为,氢的量子特性在氢硫化物的能力上,扮演了一个很大的角色,比起其他任何物质在形成超导时的温度,高出非常的多,摄氏负70度(华氏负94度)。
世界上最臭的超导体
超导体,如果你不知道的话,是能保持绝对零电子阻抗电流的物质。它们能被用来形成无能量耗损的电力网,漂浮运输,甚至新一代的超级电脑。
在超导体世界,一直在追求一个在室温下运行的超导体。典型地,物质必须被超级冷却,以使它们展现出超导特性,那是不容易的。
但幸运地。室温超导体现在可能更接近真实。
一项在自然期刊线上发表的研究认为,氢的量子特性在氢硫化物的能力上,扮演了一个很大的角色,比起其他任何物质在形成超导时的温度,高出非常的多。
去年,德国研究人员鉴定出氢硫化物,使腐烂鸡蛋闻起来很臭的东西,是目前为止温度最高的超导体。当它受制于高压之下,在摄氏负70度(华氏负94度)出现超导行为,比起其他高温超导体还要高。
从那时起,科学家一直在尝试发现为什么氢硫化物能够在这样高的温度超导。然后这项新研究认为这是氢的能力去拥有这两个粒子的特性,并且在它改变原子间的化学键时,把付于它增强的超导能力摇动出来。
量子特性
如果你根据氢是一个粒子的特性来做出模型预测,会需要一个非常高的压力来让氢硫化物键变成对称,比起德国实验所用的压力还高。在较低的压力下,这些化学键会变得不在正中(不平衡的),不对称。
然而,如果把氢当成是波,需要达成超导现象的压力是比较低的,接近德国实验所用的压力;类似的数值在研究的计算中达成。于是德国实验的结果认为,这个量子对称(quantum symmetrisation)是为什么氢硫化物能够在较高的温度下超导。
在普通压力和高压下的氢硫化物: Nature
氢,为最轻的元素,是最容易受量子特性影响的。由于量子本质的因素,许多氢化合物有超出预期的不同结构特性和化学特性。在高压下的冰,质子的量子波动(quantum fluctuation)造成原子间的化学键变得对称。
研究共同作者、英国剑桥大学物质科学与冶金学教授Chris Pickard说:"对于在极度压缩下的超导氢化物猎捕,理论和计算扮演着很重要的角色。未来的挑战是双重的,要朝向室温方向提高温度;但更重要地,大大地降低所需要的压力。"