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谢邀,知乎上已经有类似的问题了啊,我之前的回答:
发现硫化氢的高温超导电性对超导研究领域意味着什么?故事的大背景是探索BCS型超导的极限。BCS超导的转变温度大致线性依赖于材料的德拜温度,而德拜温度粗略与两个指标成正比,一是波速,二是单位体积内的粒子数的立方根。然后就不难理解这个实验的条件设置:
1、为什么选用氢化物?
因为同等条件下原子质量越小波速越快(回忆一下固体物理,记不起来的话类比一下谐振子),跟据以上推理也就更容易超导。相比于同族元素对高压的响应也更好。
2、为什么要超高压?
可以增加单位体积内粒子数,同上。当然增加粒子密度除了修正德拜温度外还会有别的效果,比较复杂我就不瞎说了。
3、为什么是硫化物?
这个我并不懂,但我相信如果能创造更高的压力环境他们会愿意试一试H2O的。更进一步地,只用单质氢大概是更理想的。超高压下单质氢的新物态其实一直是高压物理的圣杯。早在1968年就有预言超高压下的金属氢可以实现室温超导 Phys. Rev. Lett. 21, 1748 (1968)。 只是在实验上一直未能实现。
不过既然答了还是写点新东西,毕竟两个多月间还是有些新的理解。首先一个很自然的问题是, 为什么理论这么成熟、意义这么重要的实验直到最近才做出来?
其实这个实验的高压技术和当年寻找金属氢的研究者们没有什么区别,100+GPa也不算很惊人的数值,技术条件在这里并不是一个致命的限制,重点在于多年来人们一直相信硫化氢 H_2S 在高压下无法稳定存在(这不是一个错误,这次的实验恰恰印证了这一点),既然高压下不稳定,也就不会形成金属、不适用上面的BCS理论了,所以没有人关注这个材料的超导性。然而到了2011年,Timothy A. Strobel等提出在超高压下硫和氢可以以化学配比1:3的形式形成 (H_2S)_2H_2 稳定结构[1];紧接着2014年吉林大学的崔田教授等就计算了各种可能的晶格结构,发现这种配比在100+GPa下是金属,并且有高达200K的超导转变温度[2],随后被马克思普朗克研究所的A.P. Drozdov等人实验证实[3]。
所以上面引用的之前的答案虽然没有错,但重点完全偏了,故事要换一个讲法——
1968年Ashcroft说,金属化的氢没准是室温超导体。于是大家开始做实验,不断刷新压力上限,想率先获得金属氢,然而这些实验最终没能达到目的,因为产生静态高压对材料强度有要求,目前人类能制备的最硬材料是金刚石,无法获得超过500GPa的高压。于是金属氢的室温超导猜想至今仍为疑案。
但这些实验还是有收获的,大家意识到了,
要先问是不是,再问为什么——给定某个压强,此时氢是不是金属?
这个问题远非平凡,至少在当时并没有什么解决方案,直到许多年后
等计算方法越来越成熟,人们才能借助于超级计算机或者集群计算开始试着回答这个问题。
到了2004年,Ashcroft觉得是时候旧事重提了,于是提议,既然金属氢达不到,何不试试氢化合物[4]?于是很多常见的氢化合物在高压下的物态被各路人马用新发展出的方法算了一遍又一遍,“ H_2S 在高压下不稳定”也是其中的一个成果,另一个值得一提的事件是硅烷 S_iH_4 被预测在高压下具有超导性并被证实,然而因为转变温度只有17K而未能引起广泛关注[5]。
然后故事就回到前面提到的2011年Timothy A. Strobel等提出 H_3S 在高压下稳定了,这里也有一件有趣的事在于,之所以他们会想到这种凝聚态物理学界从来不会想的化学配比,是因为他们来自地球物理学方向,常年与各种外空间行星大气里会有的 高压富氢 环境谈笑风生——人呐就不知道,自己不可以预料,我们一个星球物理研究室,怎么就掺和到高温超导领域来了?
[1]
Phys. Rev. Lett. 107, 255503 (2011)[2]
Pressure-induced metallization of dense (H2S)2H2 with high-Tc superconductivity : Scientific Reports[3]
http://www. nature.com/nature/journ al/v525/n7567/full/nature14964.html或
http:// arxiv.org/abs/1509.0315 6[4]
Phys. Rev. Lett. 92, 187002 (2004)[5]
Superconductivity in Hydrogen Dominant Materials: Silane