科学探索|吉林大学研究团队发文介绍新型CaH?笼形高温超氢化物吉林大学研究团队发文介绍新

在 2022 年 5 月 20 日发表于《物理评论快报》上的一篇文章中，吉林大学研究团队介绍了其合成的一种新型高温超导体 —— 笼形氢化钙（CaH?）。可知作为迄今打造的表现最佳的高温超氢化物之一（同时也是稀土和锕系氢化物家族之外唯一的笼形氢化物），其在 215 K 温度和 172 GPa（1.72 Mbar）高压下具有超导性。

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（图自：吉林大学 / 王洪波）
Physics World 报道称：在理论化十年后，中国科学家终于合成了这种新型高温超氢化物超导体。

至于超导性，特指材料可呈现没有任何电阻的导电能力。当冷却至超导转变温度（Tc）时，许多材料都可被观察到这种现象。
而在 Bardeen-Cooper-Schrieffer 的‘常规’超导理论中，其特指电子克服了相互间的电排斥、形成了所谓的库珀对，然后超电流便可不受阻碍地穿过材料。

自 1911 年首次在低于 4.2 K 的 Tc 固体汞中观察到超导性之后，研究人员一直未放弃寻找各种室温超导体。

若能在常温条件下得到应用，此类超导材料将极大地提升发电机和输电线的效率。
同时常见的超导应用也可受益于此，比如粒子加速器中超导磁体的制造也将更轻松且实惠。

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研究配图 - 1：激光加热 / 190 GPa 结构体
现在，吉林大学物理学院旗下的超硬材料国家重点实验室的一支研究团队，已经顺利合成了一种含有碱土金属（而不是稀土金属 / 锕系元素）的新型超氢化物。
研究人员声称，这一发现为目前尚未探索的一类超导体研究敞开了新的大门。事实上，早在十年前，就有理论预测 CaH? 是一种独特的笼形超导体。
问题在于，因为钙和氢具有高反应性，CaH? 的实际材料合成一直相当困难。如果只在低压环境中尝试结合这两种元素，结果往往是氢化物的氢含量低到让人不悦。

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研究配图 - 2：激光加热样品在 170 GPa 高压下的光学显微照片 / 电阻测量
为克服这方面的困难，研究人员试着将氨硼烷（BH?NH?）作为氢源，然后在高温高压条件下通过 Ca 与 H? 之间直接反应来合成 CaH?。
王洪波副教授解释称：“我们使用了一种特殊的样品加载方法，并在金刚石砧台中以接近 200 GPa 和 2000 K 的温度合成材料” 。
然后他们小心翼翼地将微电极安装在砧台的尖端，以进行后续的电导率测量。

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研究配图 - 3：磁场环境中的电阻温度依赖性
电阻的急剧下降，与之前该团队在高压下开展的其它超导转变研究非常相似，且他们已多次成功复现。
得益于最新的研究工作，其有望促进大家对超导性的深入理解、甚至催生新颖的三元钙基超氢化物。
目前他们正忙于根据自身和其他团队的计算来探索更广泛的超导材料，并坚信可以找到具有更高 Tc 值的更多超氢化物。

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有关这项研究的详情，已经发表在 2022 年 5 月 20 日出版的《物理评论快报》（Physical Review Letters）上。