氫的新發現可能讓室溫超導體成真

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一項在自然期刊線上發表的研究認為,氫的量子特性在氫硫化物的能力上,扮演了一個很大的角色,比起其他任何物質在形成超導時的溫度,高出非常的多,攝氏負70度(華氏負94度)。

世界上最臭的超導體

超導體,如果你不知道的話,是能保持絕對零電子阻抗電流的物質。它們能被用來形成無能量耗損的電力網,漂浮運輸,甚至新一代的超級電腦。

在超導體世界,一直在追求一個在室溫下運行的超導體。典型地,物質必須被超級冷卻,以使它們展現出超導特性,那是不容易的。

但幸運地。室溫超導體現在可能更接近真實。

一項在自然期刊線上發表的研究認為,氫的量子特性在氫硫化物的能力上,扮演了一個很大的角色,比起其他任何物質在形成超導時的溫度,高出非常的多。

去年,德國研究人員鑑定出氫硫化物,使腐爛雞蛋聞起來很臭的東西,是目前為止溫度最高的超導體。當它受制於高壓之下,在攝氏負70度(華氏負94度)出現超導行為,比起其他高溫超導體還要高。

從那時起,科學家一直在嘗試發現為什麼氫硫化物能夠在這樣高的溫度超導。然後這項新研究認為這是氫的能力去擁有這兩個粒子的特性,並且在它改變原子間的化學鍵時,把付於它增強的超導能力搖動出來。

量子特性

如果你根據氫是一個粒子的特性來做出模型預測,會需要一個非常高的壓力來讓氫硫化物鍵變成對稱,比起德國實驗所用的壓力還高。在較低的壓力下,這些化學鍵會變得不在正中(不平衡的),不對稱。

然而,如果把氫當成是波,需要達成超導現象的壓力是比較低的,接近德國實驗所用的壓力;類似的數值在研究的計算中達成。於是德國實驗的結果認為,這個量子對稱(quantum symmetrisation)是為什麼氫硫化物能夠在較高的溫度下超導。

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在普通壓力和高壓下的氫硫化物: Nature

氫,為最輕的元素,是最容易受量子特性影響的。由於量子本質的因素,許多氫化合物有超出預期的不同結構特性和化學特性。在高壓下的冰,質子的量子波動(quantum fluctuation)造成原子間的化學鍵變得對稱。

研究共同作者、英國劍橋大學物質科學與冶金學教授Chris Pickard:"對於在極度壓縮下的超導氫化物獵捕,理論和計算扮演著很重要的角色。未來的挑戰是雙重的,要朝向室溫方向提高溫度;但更重要地,大大地降低所需要的壓力。"

來源: Futurism