@ 2018.10.23 , 11:00

在实验室里制造出全新的能实现超导的铀氢化合物

在实验室里制造出全新的能实现超导的铀氢化合物

科学家已经通过实验证实,确实存在全新的铀化合物——他们预测有些特性奇异的化合物甚至可以实现接近室温下的超导性。

这些新化合物被称为铀氢化物——铀和氢元素混合而成。之前发现的唯一一种此类化合物是三氢化铀(UH3),它曾在20世纪40年代的核实验中发挥了至关重要的作用。

为了得到它们,来自美国、俄罗斯和中国的研究人员对铀氢混合物施加了高达500万个大气压的压力,使它们结合成前所未有的各种各样的铀氢化物。

研究人员逐步加大反应压力,成功地生成了14种新氢化铀化合物,其中一些是多相的。而他们的成就不单具有学术意义,像这样的重金属氢化物可能会打开通往高温超导的大门。

现在我们可以为氢化铀家族添加更多成员:UH5,UH6,UH7,UH8,UH9,U2H13和U2H17等。

超导材料能够在没有任何阻力的情况下传导电流——令人难以置信的壮举,足以彻底扭转我们的能源消耗状况。

但到目前为止,只有少数材料能在极低温度或极端压力下出现了超导性。

目前的记录保持者是一种罕见的氢硫化合物,在温和的203开尔文(-70摄氏度)下实现了超导性。

现在,该团队认为这些新的铀化合物可以做到类似的事情……甚至可能更好,因为它们或许不需要这么高的压力。

“我们研究结果的两个亮点是,高压会产生极其丰富的氢化物,其中大部分不符合经典化学,”莫斯科物理科学与技术研究所(MIPT)的研究员Artem Oganov说,“而且这些氢化物实际上可以在非常小的压力下出现超导性,甚至只需一个大气压。”

20世纪80年代,科学家发现某些陶瓷材料可以在相对不那么极端的温度下达到超导。4年前,德国马克斯·普朗克化学研究所的科学家们表现得更好,发现硫化氢(H3S)可以在203开尔文时实现超导。

如果你想为什么液氮环境下的H3S超导材料没有被大规模使用呢——它还需要大约150万个大气压。

“在发现H3S之后,科学家开始热切地寻找其他非金属的超导氢化物。”MIPT的Ivan Kruglov说。

像非金属氢化物一样,我们有充分的理由认为金属氢化物也不应该被忽视。今年早些时候,俄罗斯MIPT和Skoltech的物理学家对锕类元素应用一种分析算法,以确定哪些元素可能形成稳定的氢化物。

此后,该团队将注意力转向铀,怀疑由这种重元素制成的氢化物也可能成为超导体而无需巨大的压力。

虽然这个想法理论上看起来不错,但他们是首批通过实验证明了化合物确实存在——并且符合理论预测——的人,。

重要的是,它们在比其他化合物在低得多的压力条件下就显露出超导的迹象。

“我们的研究表明,金属氢化物在高温超导性方面具有与非金属相同的潜力,”Kruglov说。

需要明确的是,这并不意味着我们已经破解了常温超导的秘密——新型氢化物仍然需要-219℃。

该团队认为他们可以通过添加掺杂材料来提高温度,并保持压力条件不变,使其更具有可用性。

但真正的最终目标是通过扩展已知事实内容,逐步逼近真相,向大自然拷问出超导的全部秘密。

大自然顽固的保守着秘密。探索的过程很漫长,但最终所有付出都将是值得的。

该研究发表在Science Advances上。

本文译自 sciencealert,由译者 majer 基于创作共用协议(BY-NC)发布。


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