室溫超導(dǎo)體新突破新型超材料的磁性能提高

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一項新的研究表明，一種新的超導(dǎo)化合物為更實用的超導(dǎo)體提供了一座橋梁（https://spectrum.ieee.org/tag/superconductors），具有潛在的吸引力。這種新材料奇怪的磁性行為讓人想起了幾十年前的經(jīng)典超導(dǎo)體——但區(qū)別在于，這次是在一種已經(jīng)證明其接近室溫的材料中。

氫化鑭（Lanthanum hydrides）將稀土金屬鑭的原子與氫原子結(jié)合在一起，含有一系列不同性質(zhì)的超導(dǎo)材料。一種值得注意的材料是十氫化鑭（LaH10），它擁有世界上公認(rèn)的最高超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度，為-23°C。（問題是，要實現(xiàn)這一壯舉，十氫化鑭必須承受2000億帕斯卡的壓力。）

現(xiàn)在，一種不同的氫化鑭（La4H23）已經(jīng)揭示了相似但不同樣令人印象深刻的超導(dǎo)性統(tǒng)計數(shù)據(jù)。（它的轉(zhuǎn)變溫度為-168°C，為1220億帕。）然而，這種新的氫化鑭也具有驚人的特殊磁性，這表明它與超導(dǎo)世界的超級巨星銅有著意想不到的家族相似性。

如果說氫鑭是超導(dǎo)電性的新手，那么銅酸鹽就是它們的老對手。自20世紀(jì)80年代以來，科學(xué)家們研究了臨界溫度高于液氮-196°C沸點的銅酸鹽，如釔鋇銅氧化物（YBCO，yttrium barium copper oxide）和鉍鍶鈣銅氧化物（BSCCO，bismuth strontium calcium copper oxide），而且至關(guān)重要的是，它們不需要異常的壓力。即使LaH10確實具有更高的臨界壓力，銅酸鹽在現(xiàn)實世界中的應(yīng)用也更實用，尤其是在MRI機器、粒子加速器和磁懸浮列車等重磁性應(yīng)用中。

研究人員稱La4H23是有前景的氫鑭和更實用的銅酸鹽之間的“橋梁”。現(xiàn)在想更好地理解它們，這可能會產(chǎn)生重要的發(fā)現(xiàn)，將銅酸鹽超導(dǎo)體與有前途的鑭系新貴聯(lián)系起來——后者更高的轉(zhuǎn)變溫度表明，在接近室溫超導(dǎo)性方面有新的前沿領(lǐng)域。

磁場使奇怪因素上升

馬薩諸塞大學(xué)阿默斯特分校的化學(xué)家James Walsh沒有參與這項新研究，他說：“這項研究令人印象深刻的是，作者能夠在極高的磁場下測量電阻率。”

當(dāng)氫化鑭研究人員將La4H23置于比其臨界磁場更強的磁場下——打破其超導(dǎo)魔咒——他們發(fā)現(xiàn)了一些意想不到的材料行為。磁場往往會增加大多數(shù)金屬的電阻，但在這種高磁性狀態(tài)下，它們材料的電阻反而急劇下降。此外，大多數(shù)金屬在冷卻時會變得不那么耐腐蝕。但冷卻到-233°C左右時，材料的電阻實際上隨著溫度的不斷降低而上升。

Walsh說：“盡管高臨界溫度一直是超導(dǎo)領(lǐng)域的主要目標(biāo)，但臨界磁場也很重要。對于使用超導(dǎo)狀態(tài)產(chǎn)生高磁場的應(yīng)用來說尤其如此。”

自2020年以來，氫化鑭一直在超導(dǎo)體舞臺的前沿閃閃發(fā)光。那一年，科學(xué)家們證明（https://www.nature.com/articles/s41598-020-58065-9），二氫鑭在-23°C的溫度下，在之前提到的太赫茲壓力水平下成為超導(dǎo)體。

拋開其他科學(xué)家未能復(fù)制的反復(fù)說法不談（https://spectrum.ieee.org/room-temperature-superconductor），-23°C是研究人員提出最接近室溫超導(dǎo)的溫度。自然，十氫化鑭的發(fā)現(xiàn)讓科學(xué)家們爭先恐后地尋找其他的氫化鑭。La4H23就是其中之一。2022年，一個團隊與其他六種氫鑭一起制作了La4H23（https://www.nature.com/articles/s41467-022-34755-y）。

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據(jù)悉，文章作者由中國吉林大學(xué)的Jianning Guo領(lǐng)導(dǎo)，于4月在《國家科學(xué)評論》雜志上發(fā)表了他們的研究成果（https://academic.oup.com/nsr/advance-article/doi/10.1093/nsr/nwae149/7651283）。