芝加哥大學(xué)科學(xué)家們是一個(gè)國(guó)際研究小組的成員，該小組發(fā)現(xiàn)了超導(dǎo)性——在有記錄以來(lái)最高溫度下完美導(dǎo)電的能力。利用芝加哥大學(xué)附屬阿貢國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的先進(jìn)技術(shù)，研究小組研究了一種材料，在這種材料中觀察到的超導(dǎo)性溫度約為零下23攝氏度——與此前的確認(rèn)記錄相比，這一溫度躍升了約50度。盡管超導(dǎo)現(xiàn)象是在極高的壓力下發(fā)生，但這一結(jié)果仍然代表著在室溫下創(chuàng)造超導(dǎo)現(xiàn)象的一大步：科學(xué)家將這一現(xiàn)象應(yīng)用于先進(jìn)技術(shù)的最終目標(biāo)。

研究結(jié)果發(fā)表在2019年5月23日《自然》上，芝加哥大學(xué)研究教授維塔利·普拉卡彭卡(VitaliPrakapenka)和芝加哥大學(xué)博士后學(xué)者埃蘭·格林伯格(EranGreenberg)是這項(xiàng)研究的共同作者。就像銅線比橡膠管導(dǎo)電性好一樣，某些材料更容易成為超導(dǎo)材料，超導(dǎo)狀態(tài)由兩個(gè)主要特性定義：材料對(duì)電流的電阻為零，并且不能被磁場(chǎng)穿透。這一技術(shù)的潛在用途既廣泛又令人興奮：電流不會(huì)減少的電線、速度極快的超級(jí)計(jì)算機(jī)和高效的磁懸浮列車。

來(lái)自x射線的數(shù)據(jù)使科學(xué)家能夠建立這種材料的晶體結(jié)構(gòu)模型。但是，科學(xué)家們以前只能在超導(dǎo)材料被冷卻到極低溫度時(shí)才能制造出超導(dǎo)材料——最初是零下240攝氏度，最近大約是零下73攝氏度。由于這種冷卻的成本高昂，它限制了它們?cè)谑澜绶秶鷥?nèi)的應(yīng)用。理論預(yù)測(cè)表明，一種新型的超導(dǎo)氫化物材料可以為高溫超導(dǎo)鋪平道路。德國(guó)馬克斯普朗克化學(xué)研究所(MaxPlanckInstituteforChemistry)的研究人員與芝加哥大學(xué)的研究人員合作，創(chuàng)造了一種名為鑭超氫化物的材料，測(cè)試了它的超導(dǎo)性，并確定了它的結(jié)構(gòu)和組成。

科學(xué)家們用x射線轟擊一種新型超導(dǎo)材料樣品，以研究其在阿貢國(guó)家實(shí)驗(yàn)室先進(jìn)光子源處的結(jié)構(gòu)，x射線熒光在樣品(中心)處產(chǎn)生綠色。唯一的問(wèn)題是，這些材料需要被放置在極高的壓力下：150到170千兆帕之間，是海平面壓力的150多萬(wàn)倍。只有在這些高壓條件下，這種材料（只有幾微米寬的微小樣品）才會(huì)在新的記錄溫度下表現(xiàn)出超導(dǎo)性。事實(shí)上，這種材料表現(xiàn)出了證明超導(dǎo)性所需四種特性中的三種：它降低了電阻，降低了外磁場(chǎng)下的臨界溫度，并且當(dāng)某些元素被不同的同位素取代時(shí)，溫度發(fā)生了變化。第四個(gè)特征是被稱為“邁斯納效應(yīng)”(Meissnereffect)，在這種效應(yīng)中，材料會(huì)排斥任何磁場(chǎng)。

這是因?yàn)檫@種物質(zhì)太小，無(wú)法觀察到這種效應(yīng)。研究人員使用了阿貢國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的先進(jìn)光子源，該實(shí)驗(yàn)室提供超亮、高能的x射線束，使從更好的取得突破，從而分析這種材料。在實(shí)驗(yàn)中，芝加哥大學(xué)高級(jí)放射源中心的研究人員在兩顆微小鉆石之間擠壓了一小塊這種物質(zhì)樣本，以施加所需的壓力，然后用束線的x射線探測(cè)其結(jié)構(gòu)和成分。