比赛是在第一个室温超导体

在今年8月和9月上出现了两篇论文arXiv预印本服务器,它拉近了科学家发现渴望几十年来:室温超导。不同的国际团队发表的初步测量钇superhydrides,只有在非常高的压力。这一次,他们无法生产YH₁₀,研究人员预测超导温度低于326 k或53°C。但事实上,这样的预测是指导实验表明,超导科学是达到一个新的水平。这些计算现在主要科学家激动人心的新领域,棘手的问题等待着他们。

Artem Oganov斯科尔科沃科技研究所的莫斯科,俄罗斯、电话本产品的预测₁₀是一种室温超导体“非常令人兴奋”。这是我们真正想要合成,但是这些实验是艰难的,”他说。“我们试过很多次,我们找到了一种方法来生产YH₆。但是你怎么₁₀将是下一个步骤。“Oganov和他的同事们发现,临界温度(T_c)低于本产品₆成为超导224 k 166 gpa,大气压力的160万倍左右。¹

我毫不怀疑,YH₁₀会,可能很快吗

Artem Oganov,斯科尔科沃科技学院

今年9月,八周后Oganov团队上传他们的论文arXiv,另一个团队报告T_c对你怎么₆的227 k 237 gpa。²米哈伊尔·Eremets在美因茨的马克斯·普朗克化学研究所和他的同事们也使得YH₉,最高T_c的243 k 201 gpa。氢化和钇的故事还没有结束,”Eremets压力。“我毫不怀疑,YH₁₀会,可能很快,Oganov同意,通过我们,Eremets或由其他人。”

的最高T_c记录到目前为止被啦₁₀。这是首次报道在2018年初在260 k 180 gpa领导的一个团队罗素Hemley现在在芝加哥伊利诺伊大学,我们。几个月后Eremets同样和他的同事们报告了250 kT_c在这些压力。

Hemley强调他的球队追求啦₁₀有预测镧和钇氢化物的存在。³这些预测也涉及的理论化学的专业知识罗尔德·霍夫曼和尼尔·阿什克罗夫特来自美国康奈尔大学。诺贝尔奖得主霍夫曼强调阿什克罗夫特的建议在足够高的压力会成为超导金属氢作为该领域的关键理念。更具体的建议在氢化物寻找办法降低超导将访问的压力刺激整个领域,”他告诉必威体育 红利账户。

理论研究探索这个想法后,2014年,Eremets和同事大败T_c通过记录然后由铜酸盐超导体卑微的硫化氢高压力。超过150 gpa,团队测量T_c相比190 k, 164 k的高压铜酸盐。

粉碎的结果

化学领域的进展发生坐在micrometre-size技巧之间的双钻石。金刚石在顶砧(DAC)、收紧螺丝一起带来的钻石,并允许科学家记录令人难以置信的压力。这些异常情况可以把自己的问题,因为激光加热的样品在这个狭小的空间可以打破了钻石。Eremets指出脉冲激光束可以克服这个问题。“令人惊讶的是,样品可以在压力升温到2000 k左右约200 gpa和钻石铁生存,”他说。

另一个关键实验生产superhydrides提供足够的挑战氢形成。Eremets队夹dac和氢,允许他们可控生产氢含量最高的物质,他说。Maddury Somayazulu,现在在芝加哥的阿贡国家实验室,我们开发了一种方法使用ammonia-borane释放氢加热后在高压力。这种方法帮助Hemley团队产生啦₁₀。这极大地简化了实验,Eremets观察。

现在你可以预测复合,预测临界温度在10%的实验

Lilia Boeri (Sapienza大学罗马

这种explosive-sounding设置点燃超导研究部分原因是superhydrides符合巴丁、库珀和Schrieffer (BCS)理论。在这个框架中,电阻产生电子穿越物质反弹时的振动核原子。低于超导的“传统”T_c,电子散射少因为他们配对。一个电子吸引带正电的原子核,这扭曲了超导体的结构通过吸引周围的核。这发起一个振动、声子在材料。这进而创建一个区域相对正电荷吸引另一个电子,形成了“库珀对”。这使其超导性能的材料。

一个令人兴奋的新发展是密度泛函理论(DFT)现在可以用来近似电子和声子的能量水平,和他们的相互作用。现在你可以预测化合物,(预测)临界温度在10%的试验中,”说Boeri出去吃Sapienza大学意大利罗马。“五年前,没有人会相信。现在是真的在一个阶段,你对一个实验物理学家说,这很有趣。在一年的时间,他们可以合成化合物,即使它是很难做的。这是一个伟大的成就。”

然而,计算是不完美的。有一个差异T_c钇superhydrides预测,实验结果可能稍微降低室温超导体的希望在YH₁₀。在2015年,Yanming马从吉林大学,中国,和他的同事们预测,本产品₆的T_c将251 - 264 k 120 gpa³——高于实验后显示。今年,Boeri的团队预测图仍然较高,290 k 300 gpa,这将使YH₆室温超导体。⁴Boeri说不准确T_c计算可能出现因为光核氢Born-Oppenheimer近似用于量子力学计算DFT分解。研究人员正在开发近似来克服这个问题,但她警告说,他们计算代价高昂。

测试的问题

霍夫曼是‘不’困扰YH₆差异。“这不是一个大问题,”他说。但是他看到一个更深层次的问题,该领域的研究人员的不知道为什么计算出来的一样。“问他们什么化学性质,化学计量学什么,将导致大量phonon-electron耦合,他们不能这样做,”他说。

Hemley指出,实践研究也有缺点。“实验结构还没有完全确定,”他说。他解释说,在许多情况下观察到的阶段识别从几x射线衍射峰从材料的重原子,同意理论。在这些压力,为所有这些材料结构作业没有氢原子的位置的信息。进一步说,他希望看到完整的原位合成和描述横跨电子、磁性和结构属性作为材料进入超导状态。

我看不到未来的稳定高度丰富的氢化合物在环境压力

Yanming马,吉林大学

通路注定走向更好的知识打开了,因为科学家们现在基本上耗尽整个化学阶段的二进制superhydrides”由氢和另一个元素,Oganov断言。我们和其他组织研究了他们所有人,”他说。下一步将延长三元superhydrides晶体结构预测研究。

这提供了机会跟踪线索从先前的结果,在元素周期表组2和3的最成功,Oganov说。“如果你想要我的观点,这些元素对应的能量的地方,p,和d轨道是相似的。入住率这些原子轨道将敏感的环境中,它创建了一个非常重要的电子声子耦合强度的材料。”他指出,有可能一百万方法三个元素组合为三元系统,和超过7000个三元氢化物。知道重要元素的给你一个非常强大的武器可以选择系统研究”,Oganov说。

稳定的未来

今年8月,马和他的同事发表了一项研究,显示三元superhydrides的承诺。他们预测,李₂MgH₁₆会有一个T_c的473 k 250 gpa,远远超过室温。⁵然而,也许令人惊讶的是,马英九希望超越superhydrides。我不能看到未来的高度稳定的氢丰富的化合物在环境的压力,”他告诉必威体育 红利账户。也许我们可以找到其他候选人碳,硼,硅或氮光的质量元素。一旦我们在较高压力的例子中,我们可以将所有的规则应用到超导体的设计在环境压力”。

这些新的结果表明,有一个丰富的化学,是有待探索超越二进制氢化物在这些压力

罗素Hemley,芝加哥伊利诺伊大学

李Hemley调用₂MgH₁₆研究的一个令人兴奋的和重要的预测说,结果“应该认真对待”。然而,他指出,这是亚稳态,这意味着它只有一个小的机会。Hemley还说,元素的原子序数低可能再次意味着量子力学效应降低测量T_c而计算。

“另一方面,这些新的研究结果显示,有一个丰富的化学,是有待探索超越二进制氢化物在这些类型的压力,“Hemley补充道。我们需要检查三元甚至更复杂的化学系统在寻找新材料与更高T_c——也许增强动力稳定性,以及超导超流态等新物理。”

高压超导受到深恨的争端在硫化氢在早期发现,但现在这些似乎已经过去了。字段现在进步很快,因为研究人员披露他们的程序,Hemley说。

Boeri说比赛产生室温超导体和赢家可能会获得诺贝尔奖。但相比其他类型的超导体,我工作我认为竞争依然非常温和,”她说。

所涉及的非常高的压力和少量的材料产生可能让现场看起来模糊,但Boeri强调有真正的实际意义。的目标,当然,是新材料在环境压力,也许不是室温超导体,但高温超导体可以肯定的是,”她说。这一领域的工具和知识发展中可能会有”。