记录由原子量子涨落维持的超导体

时间:2020-02-27 18:02 来源:seo 作者:杏鑫 点击量:

记录由原子量子涨落维持的超导体

这一结果表明,在含氢化合物中,超导性接近室温是有可能的,其压力比传统计算方法预测的要低得多。

这项研究成果发表在著名的《自然》杂志上,由巴斯克地区大学(UPV/EHU)教授、圣塞巴斯蒂安材料物理中心(CFM)研究员Ion Errea和Jose共同领导A. Flores-Livas来自罗马大学La Sapienza(意大利)。

来自西班牙、意大利、法国、德国和日本的一个国际研究小组进行的计算表明,创纪录的超导LaH10化合物的晶体结构是由原子量子涨落稳定下来的。这一结果表明,在含氢化合物中,超导性接近室温是有可能的,其压力比传统计算方法预测的要低得多。结果于2020年2月5日公布,著名的《自然》杂志。

实现室温超导是物理学中最大的梦想之一。它的发现将带来一场技术革命,因为它提供了零损耗的电力运输、超高效的电力发动机或发电机,以及在不冷却的情况下创造巨大磁场的可能性。最近在硫化氢中发现了200开尔文的超导性,后来又在LaH10中发现了250开尔文的超导性,这些发现引起了人们对这些材料的关注,给人们带来了很快达到室温的希望。现在很清楚,富氢化合物可以是高温超导体。至少在高压下是这样的:这两项发现都是在100亿帕帕以上,即100万倍大气压下进行的。

记录由原子量子涨落维持的超导体

在LaH10测得的250开尔文(零下23摄氏度)是人们所观察到的超导性的最高温度。2017年的晶体结构预测预测了镧和氢形成的超氢化物LaH10高温超导的可能性。这些计算表明,在230吉帕以上,将形成一个高度对称的LaH10化合物(Fm-3m空间群),以及一个包裹镧原子的氢笼(见图)。据计算,这种结构在较低的压力下会变形,打破高度对称的模式。然而,在2019年进行的实验能够在低得多的压力下合成这种高度对称的化合物,压力从130吉帕到220吉帕,并在这个压力范围内测量出大约250开尔文的超导性。因此,记录超导体的晶体结构及其超导性仍然不是完全清楚的。

现在,由于发表在《自然》杂志上的新成果,我们知道原子量子涨落是“胶水”。在已观察到超导性的所有压力范围内,LaH10的对称结构。更详细地说,计算表明,如果把原子看作是经典粒子,即空间中的简单点,那么结构的许多变形往往会降低系统的能量。这意味着经典的能源景观非常复杂,有许多极小值(见图),就像一个高度变形的床垫,因为很多人站在上面。然而,当原子被当作量子物体,用离域波函数来描述时,能量场完全被重塑:只有一个极小值是明显的(见图),它对应于高度对称的Fm-3m结构。不知怎么的,量子效应让床垫里的每个人都消失了,只有一个人例外,他只在一个点上使床垫变形。

此外,量子能量场对临界温度的估计与实验结果吻合较好。这进一步支持了Fm-3m的高对称性结构对超导记录的影响。

参考:"250开尔文超导兰丹氮氢化物中的量子晶体结构",由扬·埃雷亚、弗朗切斯科·贝利、洛伦佐·莫纳切利、安东尼奥·桑纳、高桥·科雷松、特鲁马萨·塔达诺、拉法埃洛·比安科、马特奥·卡兰德拉、里奥塔罗·阿丽塔、弗朗切斯科·毛里和何塞·埃库特;A.弗洛雷斯-利维斯,2020年2月5日,《自然》。

DOI: 10.1038/s41586-020-1955-Z

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