封神之作！今日Nature封面：15℃室温超导问世，10位诺奖得主的梦更近了！
凝聚态物理QQ群：1083456536
撰文丨晴天
校审丨南方
9秒58，这是人类百米赛跑的世界纪录。
人在路上奔跑，总会有阻力；同样，电子在材料里奔跑，也会有阻力。我们把电子奔跑的阻力称之为电阻。对于绝缘体材料而言，电阻随温度下降而上升，对于导体而言，电阻随温度下降而下降。
科学家总是天马行空，他们想，如果把材料的温度降低到接近绝对零度（-273.15 ℃），电阻会发生什么变化呢？
1911年，Onnes等人在冷却温度低于4 K（-269.15℃）的水银中，首次发现超导现象。他们发现，当温度低于4K时，水银的电阻几乎为零。超导材料具有超级优异的导电性，可以以100％的效率传输电能。
一个多世纪以来，科学家从未停止过对超导材料的追逐！
10位诺奖得主逐梦超导
关于超导的研究，至今不过110年，却获得了五次诺贝尔物理学奖，诞生了10位诺奖得主。科学家对于超导的认识越多，就越沉迷于其中，不能自拔。
1913年，荷兰物理学家Heike Kamerlingh Onnes获得诺贝尔物理学奖，以表彰其对低温物质特性的研究，特别是这些研究使得液氦生产成为可能，也使得首次发现超导成为可能。
1933年，德国物理学家W. Meissner和R. Ochsenfeld发现超导体体内的磁场恒等于零。零磁场和零电阻，成为判定超导材料的两个主要特征。
1957年，美国科学家John Bardeen和Leon N Cooper、John Robert Schrieffer合作提出超导BCS理论，对超导机理进行解释，获得1972年诺贝尔物理学奖。值得一提的是， John Bardeen还因为发明半导体晶体管获得1956年诺贝尔物理学奖，是世界上唯一一个获得两次诺贝尔物理学奖的人。
挪威物理学家Ivar Giæver和英国科学家Brian David Josephson因为对超导隧道效应相关领域的研究，获得1973年诺贝尔物理学奖。
1986年，德国物理学家Johannes Georg Bednorz和Karl Alexander Müller首次发现陶瓷材料中的超导性，获得1987年诺贝尔物理学奖。
1950年，俄罗斯科学家阿列克谢·阿列克谢维奇·阿布里科索夫、维塔利·金兹堡和英国科学家Anthony Leggett提出超导热力学效应。由于他们在超导和超流体领域的贡献，获得2003年诺贝尔物理学奖。
室温超导，难于上青天
即便是斩获无数殊荣，超导依然存在许多问题悬而未决。其中一个关键问题就是，实现超导的温度太低了！
1911年，首次实现超导的温度是4K，也就是零下269℃，这需要使用液氦这种昂贵的材料以及配套设备，根本无法实用。随着越来越多的超导体被发现，实现超导所需要的最高临界温度的已经逐步朝着室温迈进。
2001年，日本科学家Jun Akimitsu等人发现硼化镁在39K温度下表现出超导性。
2008年，日本科学家Hideo Hosono首次发现铁基超导，临界温度为26K
2015年，德国科学家M. I. Eremets在Nature报道，他们发现H2S在203K（-70℃）具有高温超导，但是需要超高的压力。
2019年，德国马普化学所Drozdov团队报道了当压力压缩到地球大气压超过一百万倍时，氢化镧化合物在250 K（-23℃）时就变成超导体，这是之前已知的最接近室温的超导体。
即便取得了这样那样的突破，然而，至今为止，没有一个材料，能够在0℃以上实现超导，这也是超导备受推崇，却无法实现大规模、多场景实际应用的最大伤痛之一！
颠覆：15℃室温超导问世
在科学的世界，没有什么是不可能的。
2020年10月15日，美国科学家Ranga P. Dias等人在Nature封面发表重磅论文，实现了15℃的室温超导。
这种超导材料由C、H、S三种元素组成的化合物。原本，研究人员将碳、硫和氢气置于实验装置中，打算通过激光触发样品中的化学反应以观察其形成的晶体。结果，当温度降低时，他们惊奇地发现，通过材料的电流的电阻降至零。这也算是一个意外的惊喜了。
然后他们通过增加压力，发现这种超导转变可以在越来越高的温度下实现。最终实现了287.7K的转变温度，而所需要的压力为267GPa，是大气压力的260万倍。
在2015年H2S超导的基础上，添加C元素，大大拓宽了未来寻找新超导体的范围。这项研究表明，通过引入更多元素，有望进一步降低压力。
这项研究再次证明，富氢材料是实现室温超导的绝佳材料。当然，依然还有很多问题亟待解决。
未来已来
这是人类历史上，第一次距离室温超导这么近。虽然所需要的压力还是那么遥不可及，但是，摆在超导面前的三座大山，至少已经跨越了一座。
我们有理由相信，在不久的将来，会有更多新型超导体出现，帮助我们爬过另外两座高山。
最后，真心希望这个结果是可重复的！
未来已来
拭目以待
参考文献：
1. Elliot Snider et al. Room-temperature superconductivity in a carbonaceous sulfur hydride. Nature 2020, 586, 373-377.
https://www.nature.com/articles/s41586-020-2801-z
2. Davide Castelvecchi et al. First room-temperature superconductor excites — and baffles — scientists. Nature 2020.
https://www.nature.com/articles/d41586-020-02895-0
学术交叉交流QQ群：1072557833