Grockowiak等在arxiv上發(fā)表論文,他們合成的“鑭超氫化合物”的初始超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度為294 K,并通過其后升溫過程引發(fā)的化學(xué)反應(yīng)使超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度推進(jìn)到556 K。
近年來,室溫超導(dǎo)體研究的快速進(jìn)展主要得益于理論預(yù)測(cè)和結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)方法的發(fā)展。Ashcroft在1968年提出,原子金屬氫在足夠高的密度下可以是具有非常高轉(zhuǎn)變溫度的BCS超導(dǎo)體。
鑒于所需要的超高壓的問題,Carlsson和Ashcroft在1983年提出兩種可能的途徑來降低所需要的壓力以獲得固態(tài)氫的絕緣體-金屬轉(zhuǎn)變;其一是通過激光或同步輻射使氫絕緣相的電子空穴對(duì)產(chǎn)生負(fù)壓,其一是通過摻雜來降低向金屬相轉(zhuǎn)變所需要克服的勢(shì)壘。這一預(yù)測(cè)推動(dòng)了Eremets等在2003年所做的鋰、硼、氮、氫以及十硼烷(B10H14)在兆巴壓力下的超導(dǎo)性能的研究。
同時(shí)的工作,Ashcroft提出“化學(xué)預(yù)壓縮”的概念 -- 相對(duì)于純氫,在高密度結(jié)構(gòu)中(如IVa族氫化物)的H2氫分子可以在低得多的壓力下分離。在理論上理解高密度氫超導(dǎo)機(jī)制的同時(shí)(Tanaka 2017, Errea 2020, Heil 2019,Quan 2019, Liu 2019, Wang 2019, Flores-Livas 2019),晶體結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)方法的進(jìn)展開始為實(shí)驗(yàn)指出可能的BCS高溫超導(dǎo)體目標(biāo)(Zurek 2015, Wang 2014, Zhang 2017, Needs 2016, Oganov 2019, Semenok 2018)。
這些工作導(dǎo)致了對(duì)H-S系統(tǒng)高溫超導(dǎo)的理論預(yù)測(cè)(Li 2014, Duan 2014),以及獨(dú)立的實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)(Drozdov 2015)。隨后的計(jì)算研究(Liu 2017, Peng 2017)指導(dǎo)了超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度接近室溫的新的氫化物的實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),其中LaH10的臨界溫度高于260 K(Hemley 2019, Somayazulu 2019, Drozdov 2019),YH6/YH9的臨界溫度在227 - 243 K之間(Troyan 2019, Kong 2019)。
當(dāng)前的計(jì)算預(yù)測(cè)包括:金屬氫原子晶體在500 GPa下其超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度接近室溫,當(dāng)壓力超過3 TPa時(shí)Tc將提高到420 K(McMahon 2012);氫在相近的溫度和壓力條件下可以是超導(dǎo)的超流體(Babaev 2004);在兆巴壓力下,二元?dú)浠矬w系的最大超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度接近室溫(Flores-Livas 2019);在250 GPa壓力下Li2MgH16的超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度為473 K(Sun 2019)。
Liu等預(yù)測(cè)的LaHx高溫超導(dǎo)體晶體結(jié)構(gòu)
在Grockowiak等的這一工作中(arxiv:2006.03004v1),鑭與氨硼烷(NH3BH3)在金剛石對(duì)頂砧中通過激光加熱分別于160 GPa和120 GPa下實(shí)現(xiàn)了LaH10和LaH6的合成。其中的LaH10樣品在第一次從300 K到230 K的冷卻過程中,在294 K有顯著的電阻下降現(xiàn)象。在零磁場(chǎng)條件下,隨后的連續(xù)的熱循環(huán)使起始轉(zhuǎn)變溫度從294 K推進(jìn)到了357 K。在磁場(chǎng)強(qiáng)度為0、2、10、16特斯拉的條件下,從290 K到370 K的熱循環(huán)均顯示出遲滯迴線特征,升溫過程中的轉(zhuǎn)變溫度低于降溫過程的轉(zhuǎn)變溫度,這或者表明轉(zhuǎn)變過程的一階屬性或者表明樣品在熱循環(huán)過程中仍在發(fā)生持續(xù)的合成。隨著最高溫度的逐漸提高,連續(xù)熱循環(huán)最終使轉(zhuǎn)變溫度提高到了560 K。轉(zhuǎn)變溫度隨熱循環(huán)最高溫度增加而提高表明,材料的化學(xué)狀態(tài)仍處于不斷演化之中。Grockowiak等目前得到的是一塊在非常高的溫度下具有零電阻的材料。
Figure 1: Image of the sample and electrodes in cells B002 (left) and B003 (right) taken through the DAC with back-illumination. The letters indicate electrode pairs, outlined in grey.
Figure 2: 4-probe resistance measurements for the samples in cells B002 and B003. Left: Results obtained using a first set of electrodes for B002. Right: Comparison of B002 and B003.
Figure 3: Temperature dependence of resistance R(T) for cell B002 after the initial laser synthesis showing the 294 K temperature transition.
Figure 4:a) Top : temperature dependence of resistance R(T) for B002 on successive cool downs and warm ups at four different fixed applied magnetic fields, 0, 2, 10 and 16 T in a QD PPMS, using a current of 0.6 μA at 17 Hz between 290 and 370 K at 0.2 K/min with a thermalization time of 30 min at 290 K before warming up.
b) Bottom : evolution of T1, T2, and T3, at various magnetic elds, and corresponding ts to the points.
Figure 5: R(T) at 0 T showing the evolution of the superconducting transition with successive thermal cycles (cell B002)。
Figure 6: B002 R(T) showing cool down traces in static magnetic fields of 40 T, 33 T, 20 T and 0 T measured in that order.
從1986年Bednorz和Maijller的Ba-La-Cu-O系40 K超導(dǎo)體到1994年朱經(jīng)武、毛河光等的164 K Hg-Ba-Ca-Cu-O超導(dǎo)體,銅酸鹽系超導(dǎo)材料的研究曾經(jīng)歷了科學(xué)發(fā)現(xiàn)和工程應(yīng)用的大爆發(fā)。可以預(yù)見,氫基超導(dǎo)材料也將有廣闊的前景。“熱”超導(dǎo)體也許就在門外。
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