李忠东

新材料崭露头角

一个多世纪以来，室温超导一直是材料科学领域的研究热点。现在它或许终将成为现实，彻底改变我们的用电方式。美国罗彻斯特大学物理和机械工程助理教授兰加·迪亚斯和同事们，在极高的压力下压缩氢气成简单的固体分子，首次创造出在室温下具有超导性的材料。新成果表明，研究人员朝着创造出具有极优效率的电力系统迈进了一步。如果常压室温超导成为现实，那么或将引发能源革命。

在此之前，超导材料的最高温度是2019年在德国马克斯·普朗克化学研究所的米哈伊尔·埃雷米茨实验室，以及美国伊利诺伊大学的拉塞尔·赫姆利研究小组实现的。该研究团队报告了用镧超氢化物在170万个大气压的高压下实现-23°C的超导转变温度。近年来，研究人员还探索了铜氧化物和铁基化学物质作为高温超导体的潜在可能性。不过作为宇宙中最丰富的元素，氢也是一种很有前景的元素。

要获得高温超导体，需要更强的化学键和更轻的元素。氢是最轻的材料，而氢键是最强的化学键之一。从理论上来讲，固体金属氢具有很高的德拜温度和很强的电子-声子耦合，这是室温超导所必需的。德拜温度是固体的一个重要物理量，来源于固体的原子热振动理论，它不仅反映晶体点阵的动畸变程度，还是该物质原子间结合力的表征。物质的许多物理量都与它有关系，如弹性、硬度、熔点和比热等。然而，仅仅是将纯氢转化为金属状态就需要非常高的压力。……