芝加哥大學(xué)科學(xué)家們是一個(gè)國際研究小組的成員，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：材料對電流的電阻為零，并且不能被磁場穿透。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、速度極快的超級計(jì)算機(jī)和高效的磁懸浮列車。

來自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，它限制了它們在世界范圍內(nèi)的應(yīng)用。理論預(yù)測表明，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。

這是因?yàn)檫@種物質(zhì)太小，無法觀察到這種效應(yīng)。研究人員使用了阿貢國家實(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射線探測其結(jié)構(gòu)和成分。