盡管存在爭議，上周的撤稿對室溫超導(dǎo)的研究造成了打擊，但物理學(xué)家對該領(lǐng)域的未來持樂觀態(tài)度。

《自然》 該雜志上周的撤稿結(jié)束了有關(guān)室溫超導(dǎo)性的最新說法——研究人員在這項(xiàng)研究中稱，他們已經(jīng)創(chuàng)造出一種可以導(dǎo)電的材料，不會(huì)產(chǎn)生浪費(fèi)的熱量，也不需要制冷。

今年早些時(shí)候，關(guān)于一種名為LK-99 的超導(dǎo)體的更大膽的說法在社交媒體上引起了轟動(dòng)，該說法被駁回。

盡管遇到了這些引人注目的挫折，超導(dǎo)研究人員表示該領(lǐng)域正在經(jīng)歷某種程度的復(fù)興（參見“時(shí)間軸：超導(dǎo)里程碑”）。羅馬第一大學(xué)計(jì)算預(yù)測專家、物理學(xué)家莉莉亞·博埃里(Lilia Boeri) 表示：“這并不是一個(gè)正在消亡的領(lǐng)域，恰恰相反?！边@種進(jìn)步在一定程度上是由計(jì)算機(jī)模擬預(yù)測未發(fā)現(xiàn)材料的存在和特性的新能力推動(dòng)的。

大部分令人興奮的事情都集中在“超級氫化物”上——一種富含氫的材料，它們在保持高壓的同時(shí)表現(xiàn)出越來越高的超導(dǎo)溫度。一種由氫、镥和氮組成的材料是已撤回的論文《自然》 的主題。但在過去的幾年里，研究人員發(fā)現(xiàn)了幾種可能具有革命性特性的材料。愛荷華州立大學(xué)和艾姆斯國家實(shí)驗(yàn)室的物理學(xué)家保羅·坎菲爾德說：“我們似乎確實(shí)處于能夠發(fā)現(xiàn)許多新超導(dǎo)體的邊緣。”電子沖浪

當(dāng)固體中的電子結(jié)合形成庫珀對時(shí)，就會(huì)發(fā)生超導(dǎo)。這允許比平常更多的電子在材料內(nèi)同時(shí)移動(dòng)，從而允許電子攜帶電流而不會(huì)產(chǎn)生浪費(fèi)的熱量。

在“常規(guī)”超導(dǎo)體中，電子通過材料中的振動(dòng)形成庫珀對——這些振動(dòng)是機(jī)械波，庫珀對像沖浪者一樣在波浪上滑行。直到2000年代中期，研究人員普遍認(rèn)為這種機(jī)制只能在極低的溫度下工作，最高約40開爾文。由單一元素組成的超導(dǎo)體都需要低于10 開爾文的溫度才能表現(xiàn)出這種特性。二硼化鎂是一種傳統(tǒng)超導(dǎo)體，由日本岡山大學(xué)的Jun Akimitsu領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊(duì)于2001年發(fā)現(xiàn)，將最高溫度記錄提高到39開爾文。

已故理論物理學(xué)家尼爾·阿什克羅夫特(Neil Ashcroft) 于2004 年提出了超級氫化物的基礎(chǔ)，他預(yù)測某些元素會(huì)與氫形成化合物，在足夠的壓力下，該化合物能夠在比任何其他材料高得多的溫度下實(shí)現(xiàn)超導(dǎo)，這種壓力迫使氫原子走得更近。

根據(jù)阿什克羅夫特的理論，氫原子的接近會(huì)增加機(jī)械振動(dòng)的頻率，從而導(dǎo)致材料變得更熱，同時(shí)保持超導(dǎo)性。但存在一個(gè)問題：其中一些材料的存在需要與地核相當(dāng)?shù)膲毫Α?

2015 年，德國美因茨馬克斯·普朗克化學(xué)研究所的物理學(xué)家Miha、Mikhail Eremets 和他的合作者首次證明了在微小樣品上進(jìn)行高壓實(shí)驗(yàn)并測量其結(jié)果的進(jìn)展取得了突破。硫化氫（一種超氫化物）的超導(dǎo)性。從那時(shí)起，科學(xué)家們預(yù)測了該家族中其他幾種超導(dǎo)材料的存在，其中一些已經(jīng)被發(fā)現(xiàn)，包括稱為包合物的鈣基籠狀結(jié)構(gòu)。

目前，任何類型中“最熱門”的超導(dǎo)體都被認(rèn)為是超氫化物類的成員——十氫化鑭，它已被證明是在至少250 開爾文溫度下的高壓、傳統(tǒng)超導(dǎo)體。高級模擬

埃雷梅茨和其他人表示，理論、模擬、材料合成和實(shí)驗(yàn)之間的相互作用對于進(jìn)展至關(guān)重要。自2000 年代初以來，模擬已經(jīng)可以預(yù)測具有一定晶體結(jié)構(gòu)和化學(xué)成分的材料是否可以成為超導(dǎo)體，以及在什么溫度下它會(huì)表現(xiàn)出這種特性。但下一個(gè)重大轉(zhuǎn)變發(fā)生在那個(gè)十年后期，隨著算法的引入，這些算法不僅能夠預(yù)測材料的特性，還能預(yù)測給定的元素混合物可以形成什么材料。 “在那之前，我們還缺少一個(gè)關(guān)鍵部分：首先了解化合物是否可以形成，”博埃里說。

2015 年發(fā)現(xiàn)硫化氫是超導(dǎo)體，這與前一年進(jìn)行的計(jì)算機(jī)模擬一致。莫斯科斯科爾科沃科學(xué)技術(shù)研究所的材料科學(xué)家Artem O 表示，如果沒有結(jié)構(gòu)預(yù)測方面的快速進(jìn)展，富氫超導(dǎo)體的發(fā)現(xiàn)“可能再過一個(gè)世紀(jì)就不會(huì)發(fā)生”。結(jié)構(gòu)預(yù)測算法的先驅(qū)Artem Oganov 說道。他的“進(jìn)化”算法尤其能夠找到在給定壓力下具有最低能量的原子構(gòu)型，從而找到形成并保持穩(wěn)定的最佳機(jī)會(huì)。

模擬對于預(yù)測材料在高壓下的行為尤其重要，在高壓下，原子被推得很近，以至于它們不僅開始與外部電子相互作用，而且還與更內(nèi)部的電子相互作用，這使得化學(xué)教科書的教條被拋在一邊。一個(gè)例子是六氫化鋰，它只能在高壓下存在。紐約州布法羅大學(xué)計(jì)算化學(xué)家Eva Zurek 表示：“任何上過普通化學(xué)課的人都會(huì)告訴你，像LiH6 這樣的物質(zhì)不可能是穩(wěn)定的?！?”