室溫超導體能否成功面世？氫原子的量子效應是關鍵

材料牛注：西班牙科學家發現了目前超導體轉變溫度記錄保持者的神奇超導特性的秘密。

去年，來自德國的研究者們發現，單純的硫化氫分子（H₂S）在溫度達到203K（-70攝氏度）時可以變成超導體。盡管溫度看起來并不暖和，它依然打破了此前超導體164K的溫度紀錄，即汞氧化鋇鈣銅所創的紀錄。而最新研究發現，H₂S能夠具有如此神奇的超導特性，原因是其中氫原子的量子行為，對量子行為的進一步研究已經揭示了富氫化合物的超導機理，那么在理論上，它究竟能否成為室溫超導體呢？

1911年，荷蘭科學家海克·昂內斯首次發現，某些導電材料在極低的溫度下，其電阻完全消失，呈現超導狀態。其中極低的溫度，在傳統的意義上，是絕對0度（-273攝氏度），在過去的一個世紀，科學家們致力于提高這一溫度，試想使得超導體的應用更加廣泛與實際。而實現室溫下材料的超導一直以來都是研究者們的終極目標。

這一研究從未停止，直到去年，研究者發現大家所熟知的惡臭之王——H₂S在超導方面性能非凡。它不僅僅是過去大多數人印象中只會與臭雞蛋聯系起來的氣體，它打破了此前超導體164K的溫度紀錄，在100萬倍大氣壓的壓力條件下，溫度203K（-70℃）時就成功地實現了超導。

最新研究表明，由西班牙巴斯克大學的研究者們帶領的國際團隊成功發現了H₂S具有此超導特性的機理——氫原子的量子效應。

我們日常生活中的物體，都符合經典力學，或者說是牛頓力學的作用機理，就是說一個物體移動，我們用位置和動量這兩個相互聯系緊密的參數來衡量物體的運動方向以及運動時間。然而，在量子物理的世界中，牛頓力學不再適用，根據海森堡不確定性原則，在任何情況下粒子都具有兩個相互關聯的特性，而其中只有一個特性是能被確定的，另一個則不能。氫原子作為元素周期表中最輕的原子，它的量子效應能夠更加明顯地影響它的結構和物理性質，就比如高壓下的冰，其中質子的量子波動影響了分子的聯接方式，這使得原子間的化學鍵變得對稱。

而研究者們構建的理論模型中，作為超導體的H₂S就是在甚至比100萬倍大氣壓更高的壓力下，通過改變氫鍵對稱性，使得氫原子坐落在兩個硫原子距離一半的位置處，形成了整體的完全對稱性，而對稱性將會對振動和超導特性具有巨大的影響。因此，綜合理論計算與理論分析，在其他的富氫化合物中，實現室溫下超導是完全可能的。

研究者們的下一步行動，將關注在如何降低所需的高壓。

該研究成果已經發表在Nature上。

原文參考地址：Quantum effects at work in the world's smelliest superconductor

感謝材料人編輯部丁菲菲供稿。