高温超导体成因取得重大进展!

subtitle 物理07-02 10:39 跟贴 17 条

在过去的五年里,很少有科学家成功利用非常高的压力,来产生富含氢的金属氢化物,这种金属氢化物在-20摄氏度左右就能变成超导物质。因此,这种金属氢化物的过渡温度,比其他材料的过渡温度要高得多,而其他材料只有在-200摄氏度时才具有超导性。然而金属氢化物的行为为何不同?在很长一段时间内都是未知的。现在,来自巴伐利亚地球研究所(BGI)和拜罗伊特大学晶体学实验室的一个研究小组:

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已经通过实验证明并从理论上描述了金属氢化物中的氢原子在高压下开始相互作用。这一知识可以使我们对超导态及其起源有更深入的了解。现在有了一个设计金属氢化物有价值的起点,这种金属氢化物可能在更高的温度下变得超导。利用巴伐利亚地球研究所的高压研究新技术,可以合成这些材料,并通过现场实验直接检验理论预测。高压下的测量结果将反过来对理论假设产生影响。因此,能够越来越精确地预测原子过程,从而知道如何使金属氢化物进入超导状态。

基于理论预测和经验测量的相互作用,研究人员想要合成新的材料,从而达到接近正常环境温度的过渡温度。总有一天,这些材料会对电能运输产生决定性的影响。即便如此,还有一个障碍仍然存在:金属氢化物只有在其高压缩程度持续存在的情况下,才会表现出超导性。压力一减小,材料就会分解。然而,如果这种超导体在正常条件下被证明是稳定的,未来可能会有重要的技术应用,了解氢在金属氢化物中的行为是理解其电子性质的关键。

通过观察到一个明显偏离理想的金属行为之间64GPa和110 GPa的压力,这表明压力诱导H-H相互作用。伴随从头计算支持这一结果,揭示了电子密度插入子晶格的形成,这增强了氢对费米能级电子密度的贡献。这项研究表明,压力诱导的H-H相互作用可以发生在金属氢化物中,其压缩比以前认为的要低得多,H-H距离也比以前认为的要大得多,这刺激了寻找新高温超导体另一种途径的产生。

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