打破33年常压超导转变温度纪录

本文来自微信公众号： 原理 ，作者：小雨

自1911年被发现以来，超导一直是一个被广泛而深入研究的课题。提高超导转变温度一直是这种长期研究努力背后的主要驱动力，因为这一目标既具有造福人类社会的巨大潜力，也有助于加深我们对这种在较高温度下出现的宏观相干量子态的理解。

最近，在一项新研究中，研究人员将常压下的超导转变温度提高到了151开尔文（–122摄氏度）。这是自1911年发现超导现象以来，在无需持续维持高压情况下所创造的最高超导转变温度。

长期的瓶颈

超导转变温度是指这样一个临界温度：当材料温度低于它时，材料就会进入超导状态，也就是说，电流可以在其中无电阻地流动。目前，所有已知超导体都必须冷却到极低的温度才能工作，这限制了它们的应用性。因此，几十年来，提高超导转变温度一直是超导研究的主要目标。

科学家已经知道，极度的高压能够帮助实现更高的超导转变温度，但这也使材料更难研究和使用。例如，一种由镧和氢组成的化合物，在接近地球大气压200万倍的压力下，最高可在260开尔文（–13.15摄氏度）时表现出超导性。这是迄今已被确认的最高超导温度。

然而，在常压条件下，最高超导转变温度的纪录自1993年以来一直停滞不前。当时，有科学家发现了一种名为Hg1223的汞基铜氧化物陶瓷。这种材料的超导转变温度在常压下达到了133开尔文（–140摄氏度）。

压力淬火

而直至现在，研究人员的最新研究终于打破了这个保持了33年的纪录，将超导转变温度又提高了18度，达到151开尔文。这一进展得益于一种名为压力淬火的技术——这对超导体而言是一种新方法，不过在其他领域，如人造钻石的制备中，已较为常见。

在这种方法中，研究人员首先对材料施加强压力，以增强其超导性能并提高其超导转变温度。当材料处于受压状态时，研究人员会先将其冷却到特定温度，然后迅速将压力完全释放，从而有效地把增强后的超导性能“锁定”下来。借助这种方法，即使在撤去压力后，仍能保留较高的超导转变温度，从而使材料在常规条件下保持稳定。

具体而言，这一过程包含三个关键阶段。首先，研究人员测量了Hg1223在不同压力下的超导转变温度。随后，他们利用这些观测结果确定了一种理想的“亚稳态”，其特征由一个初始的、也就是“淬火”压力来定义。

接下来，他们是将Hg1223样品置于淬火压力下的金刚石压砧室中，然后在4.2开尔文的淬火温度下迅速释放压力。这种快速减压确保材料仍被困在其亚稳态中。

最后，研究人员以尽可能小的扰动将压力淬火后的样品从金刚石压砧室中取出，并在常压下利用不同探针在砧外对其进行表征。

压力淬火方法首先将超导体置于金刚石压砧室中（左）。通过记录电阻突然降向零的温度来测量超导转变温度。随着压力升高，超导转变温度也随之升高（中）。通过快速释放压力，研究人员可以使样品保持在一种亚稳态，而这种状态的超导转变温度高于其原始相（右）。（图/L.Deng/University of Houston）

研究人员在不同淬火压力下测试了多个样品。所有样品测得的超导转变温度都高于其常规水平，其中最高达到151开尔文。

通向室温超导的一步

一个多世纪以来，常压室温超导（约300开尔文）一直被科学家视为一项“圣杯”。虽然这项研究创下的新纪录与室温之间仍然还有大约140摄氏度的差距，但这一新的纪录代表着重要的一步。要实现最终的目标，还需要更广泛科学界有组织、有意识地共同努力，其中不仅包括物理学家，也包括材料科学家、化学家和工程师。

#参考来源：

https://www.uh.edu/news-events/stories/2026/march/03102026-ambient-pressure-superconductivity-record.php

https://physics.aps.org/articles/v19/37

https://www.sciencenews.org/article/pressure-superconductor-record-break

https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2536178123

#图片来源：