近日火爆全网的室温超导论文,再次将低温物理科研推到了大众的视野里。自昂内斯1911年发现汞金属的超导电性之后,各种超导材料的研究进入了爆炸式增长,从金属到合金超导体、铜氧化物超导体、重费米子超导体、有机超导体、铁基超导体以及其他氧化物超导体等,超导温度也在不断提升。
然而即便是常见的高温超导材料仍要接近液氮温度才能够实现,使得超导材料距离人们生活中大规模应用仍然存有相当的距离。而近日在美国物理学会春季会议,罗彻斯特大学的兰加·迪亚斯团队宣布在1GPa压强下,在镥-氮-氢体系中实现了室温超导,使整个物理学界沸腾了。这篇工作也刊登于Nature期刊,3月8日在线发表。
图1. 兰加·迪亚斯在美国物理学会春季会议的报告
相比于之前的氢化物超导,此次氮掺杂镥氢化物超导存在两个惊人的发现:一是该超导材料的临界超导温度达到了21℃(294K),二是压力仅需要1万个标准大气压(1GPa)。这与之前动辄上百GPa压力的极端高温超导条件天差地别,具有极高的应用潜力。
如此震惊世界的发现,作者在进行超导判定时也非常谨慎,分别从电、磁、热三个维度进行了超导转变实验验证,其中高压磁学测量基于Quantum Design 综合物性测量系统-PPMS完成。氮掺杂镥氢化物随着压力的增加,会发生两次明显的可视相变,起初样品无超导性,呈现蓝色(I相)。随着压力增加到3kbar,样品进入超导相(II相),颜色也转变为粉红色。进一步提升到32kbar以上,样品再次进入一个无超导金属相(III相),样品颜色此时也转变为鲜艳红色。
图2:镥-氮-氢体系超导与可视相变
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图3. 镥-氮-氢体系温度依赖的电输运测量和V-I特性曲线
图4. 镥-氮-氢体系直流与交流磁化率测量
图5. 镥-氮-氢体系的高压比热测量
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