自然：硫化氢创高温超导新纪录 温高30摄氏超导电阻0传高效

邓文龙

作者：S.I.Shylin

来源：《自然》

发布时间：2015/8/27 9:50:47

硫化氢创高温超导新纪录
研究人员正在尝试复制并理解这一里程碑式成果



低温超导可以使物体悬浮在空中。图片来源：Kiyoshi Takahase Segundo

硫化氢因臭鸡蛋气味而人尽皆知，但这种化合物却在一个创纪录的高温下——203开氏度（-70摄氏度）——拥有导电零电阻。科学家于15-8月17日在《自然》杂志上报告了这一研究成果。

这项研究的第一个结果发表在去年14年12月的arXiv预印本服务器上——它被认为是朝着发现一种室温超导体迈出的历史性一步，后续成果于今年6月问世。它们已经在超导研究领域激起了一波兴奋的浪潮。

一种在室温下工作的超导体将使日常发电和传输变得更为高效，同时可以大幅提升当前对于超导体的使用，例如用于医学成像仪器的巨大磁体。

在《自然》杂志网站同时发表的一篇新闻与观点文章中，美国华盛顿哥伦比亚特区海军研究实验室Igor Mazin将这项关于硫化氢的发现描述为“超导体的圣杯”。达拉斯市得克萨斯大学物理学家Fan Zhang对此表示赞同，认为这一发现是“历史性的”并且其影响将“极为深远”。

这项研究由德国美因茨市马普学会化学研究所Mikhail Eremets、Alexander Drozdov和同事共同完成。

研究人员发现，当他们将硫化氢样品置于极高的压力下——约150万个大气压（150吉帕斯卡），并冷却至203开氏度以下，这些样品便会显示出超导电性的经典标志：零电阻和一个被称为迈斯纳效应的现象。当一个超导材料被放置在一个外部磁场中同时材料内部并没有磁场便发生了迈斯纳效应，这一点与普通材料不同。

奥地利格拉茨技术大学Christoph Heil表示，其他科学家对这一发现极为感兴趣，因为它并没有使用一些特殊材料便实现了这一壮举。这些特殊材料包括含有铜的化合物，名为铜氧化物，迄今为止它保持着最高超导温度的纪录——常压下133开氏度（-140摄氏度）、高压下164开氏度（-109摄氏度）。Heil说，加压的硫化氢似乎是一个“传统”的超导体，即在材料晶格中的振动驱动电子形成“库珀对”，从而能够在晶体中移动而没有遭遇电阻。

在今年4月的一份计算报告中，法国巴黎第六大学Matteo Calandra及其同事发现，美因茨的硫化氢研究成果能够用一个基于晶格振动的低温超导性传统理论的修改版本加以解释。这不免让人感到惊讶，因为科学家曾推断，超过几十开氏度温度下的超导性需要一些并不具有传统超导性的特殊材料。

然而对于其他人而言，这样的理论分析是多余的，直到由Eremets和同事取得的这一成果被其他独立研究团队的试验所证实。一些科学家已经在朝着这一目标努力，包括日本大阪大学的Katsuya Shimizu及同事，他们已经观察到加压后硫化氢的电阻消失，但还没有发现迈斯纳效应。与此同时，有4个研究团队——3个来自中国1个来自美国——表示它们已经证实了电或磁效应。

如果Eremets及其同事是对的，那么其他氢化物或许也将成为高温超导的优质候选者。例如，已经有研究人员在arXiv预印本服务器上发表理论文章，提出取代了硫的由铂、钾、硒或碲与两个氢原子构成的化合物。

超导是指导电材料在温度接近绝对零度的时候，物体分子热运动下材料的电阻趋近于0的性质。超导体是指能进行超导传输的导电材料。零电阻和抗磁性是超导体的两个重要特性。使超导体电阻为零的温度，叫超导临界温度。（赵熙熙）

http://www.nature.com/nature/jou ... ll/nature14964.html



http://paper.sciencenet.cn/htmlpaper/20158279504775537214.shtm  L

邓文龙

硫化氢_百度百科:

http://baike.baidu.com/link?url= ... 8hdnC1lrpGSJiyfw5Eq

硫化氢中毒_百度百科:

http://baike.baidu.com/link?url= ... EFuxcvA_7BvOJZS-ETP

中科院物理所“超导”研究探秘:

位于北京中关村地区保福寺桥南的中国科学院基础科学园区，那里有一个数学所，曾经是数学家华罗庚与陈景润工作过的地方；那里还有一个理论物理所，两弹元勋彭桓武以及周光召等人就曾经在这里工作。数学所还有一个独立的研究中心，那就是晨兴数学研究中心，是由国际著名的大数学家丘成桐院士等人筹资修建的。理论物理所也有一个独立的研究中心，那就是卡弗里理论物理研究中心，诺贝尔奖得主比如戴维.格罗斯等人就经常出现在这里。

超导是20世纪初最重大的科学发现之一。1908年，大多数中国人还没有用上电灯的时候，荷兰的物理学家昂纳斯在莱顿实验室成功将最后一个“顽固”的气体——氦气液化。所谓“液化”，就是把气态变成液态。 在当时昂纳斯得到了那时世界上最低的温度——4.2 K（0℃=273.15 K，4.2 K即约-269℃）。依靠低温这个“秘密武器”，昂纳斯测量不同金属材料在低温下的电阻，并于1911年发现了新物理——超导现象。超导指的是某些材料在温度降低到某一特定温度的时候，其电阻突然消失为零（零电阻）且外部磁场被排出体外（完全抗磁性），同时具备这两种特性的材料称为超导体。有了这种材料，电路中电流消耗的焦耳热量为零（用初中物理的语言，这叫做额外功为零），这极大地提高了电流利用效率。而强大的抗磁特性则可以用于超导磁悬浮，利用此技术的列车比高铁还要高速安全稳定得多。

无论是超导材料探索还是物性和机理研究，最终都要服务于超导应用，即让基础科学研究为社会带来福利。鉴于目前发现的超导材料临界温度都比较低——零下100多度，所以还是很冷很冷的温度——蝌蚪君对超导应用的前景还真是捏一把汗。接来下在超导技术应用中心的参观彻底打消了蝌蚪君的顾虑。

提到超导应用，首先想到的就是零电阻效应，这使得超导导线具有无损耗运输电流的性质。利用超导线材建造的大功率发电机、电动机、变压器、限流器和储能系统，将能极大地提高电能的利用效率，让宝贵的能源发挥更加持久的效益。利用可以承载大电流的超导线圈制作的各种超导磁体其实已经在社会上有广泛的应用。如今医院里的高分辨核磁共振成像仪都是采用了具有较强磁场的超导磁体。受控热核聚变中关键的部件就是超导线圈提供的强磁场，如果这类“人造小太阳“研制成功，将彻底改变世界的能源格局。前两年发现Higgs粒子的功臣——LHC装置，其加速通道和探测器都是超导磁体。

超导还有另一方面的重要应用——超导弱电应用。这里包括以超导比特为单元的超导量子计算机、超导单光子探测器的、超导量子干涉仪和超导微波器件等。蝌蚪君在超导应用技术中心见到的，正是超导微波器件的制造实验室。

边勇波老师向蝌蚪君介绍了他们正在做的一款高性能的微波滤波器，因为应用到了高温超导材料，所以这个微波滤波器的通带边缘很陡峭，类似于一个门函数，而不象传统的滤波器在通带的边缘有一个缓慢上升的过程，这极大的提高了微波通讯的质量。因为该超导滤波器需要制冷机，所以目前其价格还比传统滤波器要贵不少。不过超导滤波器的技术已经走向成熟，国内已经有一些商业化的公司专门订制生产滤波器，在航空航天、军事通讯乃至民间移动通讯中都有重要用途。

详细:
http://paper.sciencenet.cn/htmlnews/2015/7/323373.shtm