“这是我们第一次能真正宣称已经发现了室温超导性。”西班牙巴斯克大学凝聚态理论学家扬·埃雷亚（Ion Errea）表示（他并未参与此项工作）。
剑桥大学材料科学家克里斯·皮卡德（Chris Pickard）感慨道：“这显然具有里程碑意义。”在谈及15 的温度时，他说：“这相当于一个体感微凉的房间室温，或许那是一间英国维多利亚式小屋。”
该新型化合物由来自美国罗切斯特大学兰加·迪亚斯（Ranga Dias ）领导的研究团队研制而成。在研究人员对所取得的成就欢呼雀跃的同时，他们也强调，如果脆弱量子效应在真实环境条件下随超导性一同出现，那么该材料将永远无法应用于无损耗电线、无摩擦高速列车或任何将来可能无处不在的革命性技术中。这是因为这种物质只有在室温下被一对钻石压碎时才具有超导性，其压力极限大约相当于地核内压力的75%。
皮卡德表示：“室温超导性一直是人们谈论的话题，但他们可能并不知道，我们会在这么高的压力下开展这项研究。”
目前，材料科学家面临的一大挑战是，既可以在常温下又能在常压下工作的超导体很难找到。而这种新型化合物的某些特性为将来找到合适的混合物带来了希望。
当自由流动的电子撞击组成金属的原子时，普通导线就会产生电阻。但是，研究人员在1911年发现，在低温条件下，电子可以诱导金属原子晶格发生振动，而这些振动反过来又会将电子聚合，形成被称为库珀对的电子对。库珀对受量子规则支配，它们毫无障碍地穿过金属晶格，也不会遭遇任何阻力。超导流体还会排斥磁场——这一效应可以让磁悬浮交通工具无摩擦地漂浮在超导轨道上。
然而，当超导体的温度升高时，粒子会随机晃动，打破电子微妙的波动。
数十年来，研究人员一直寻找一种库珀对结合紧密，可以承受日常环境温度的超导体。1968年，康奈尔大学固体物理学家尼尔·阿什克罗夫特（Neil Ashcroft）提出，使用氢原子的晶格就能达到这个目的。氢原子尺寸极小，因此电子更接近晶格的节点，从而增加它们与振动的相互作用。此外，氢原子质量轻盈，这也使得那些引导波的振动更快，从而进一步增强粘合库珀对的作用力。
将氢气挤压成金属晶格所需的压力奇高无比。尽管如此，阿什克罗夫特仍然通过自己的工作，让人们看到了曙光：某种“氢化物”，即氢和另一种元素构成的化合物，可能在更容易获得的压力之下产生金属氢的超导性。
到了21世纪，有关该领域的研究工作开始取得更多的进展。得益于超级计算机的模拟技术，理论学家能够预测各种氢化物的性质；而结构紧凑的金刚石压砧的广泛使用，则有助于实验人员给前景最被看好的候选氢化物施压，以测试它们的性能。
突然之间，氢化物开始创造一个又一个记录。2015年，德国的一个研究小组发现，在温度为 70 、气压为150万个大气压的条件下，在臭鸡蛋中的发现的一种刺激性化合物——硫化氢具有超导性。四年后，同一实验室在温度约为 23 、气压为180万个大气压的条件下，使氢化镧实现超导。而另一个小组在温度约为 13 的条件下发现该化合物具有超导性的证据。
罗彻斯特大学的迪亚斯实验室已经打破了这些记录。根据直觉和粗略计算，该研究小组测试了一系列氢化合物，以寻找氢的最佳比率。如果氢含量太少，化合物就不能像氢那样具有稳定的超导性。如果添加太多，化合物则会像氢一样，只有当施加足以压碎金刚石压砧的压力才能实现金属化。在他们的研究过程中，该团队压碎了几十对价值3 000美元的金刚石压砧。“这是我们研究中最大的问题，所需的金刚石压砧价格太高了。”迪亚斯无奈地说道。
最终取得成功的方案被证明就是2015年方案的重复。研究人员在硫化氢中加入甲烷（碳氢的化合物），然后用激光烘烤。
迪亚斯的合作者、拉斯维加斯内华达大学的凝聚态物理学家阿什肯·萨拉马特 （Ashkan Salamat）介绍说：“我们完善了该系统，并通过加入适量的氢，使这些库珀对在温度很高的条件下仍然能够正常运行。”
但是，他们未能确定自己研制出的氢-碳-硫混合物的具体细节。氢太小了，无法通过传统晶格结构的探针显示出来，因此该团队不知道原子如何排列，甚至不知道这种物质的确切化学式。
布法罗大学计算化学家伊娃·祖雷克（Eva Zurek）所在的理论小组隶属于迪亚斯实验室。今年早些时候，他们假设了一种可能在金刚石压砧之间形成金属的超导条件，结果却得到了与假设截然相反的结果。祖雷克怀疑是高压将物质转化成了一种未知的排列方式，而通过这种排列方式组成的物质具有超强的超导性。
一旦迪亚斯团队弄清楚了自己手上掌握了什么，理论学家将能够建立模型，以研究给予这种氢碳硫混合物超导性的特质，并有可能进一步修改组成该混合物的配方。
物理学家已经证明，大多数双元素氢混合物都行不通，但新的三元素混合物标志着复杂嵌合体材料领域取得了重大进展，其中的一个元素也许会带来新的希望。
“我之所以喜欢这项工作，是因为他们将碳引入了这个系统。”德国马克斯·普朗克化学研究所的实验学家米哈伊尔·埃雷米茨（Mikhail Eremets）表示。他的实验室曾分别于2015年和2019年创造了新的氢化物记录。
他解释说，利用氢质量较小的特性并不是增强振动、让电子形成库珀对的唯一途径。晶格中相邻原子间连接性更强的特性同样举足轻重。此外，碳的共价键具有很强的结合能力。碳结构材料还具有其他优势，如何防止整个结构在让人类感到舒适的低压力条件下崩塌。
祖雷克对此表示赞同。她说：“我认为在常压下难以实现超导性，但如果可以将碳化合物引入其中，我认为这是可能做到的。”
资料来源 Quanta Magazine