室温超导体能否成功面世？氢原子的量子效应是关键

材料牛注：西班牙科学家发现了目前超导体转变温度记录保持者的神奇超导特性的秘密。

去年，来自德国的研究者们发现，单纯的硫化氢分子（H₂S）在温度达到203K（-70摄氏度）时可以变成超导体。尽管温度看起来并不暖和，它依然打破了此前超导体164K的温度纪录，即汞氧化钡钙铜所创的纪录。而最新研究发现，H₂S能够具有如此神奇的超导特性，原因是其中氢原子的量子行为，对量子行为的进一步研究已经揭示了富氢化合物的超导机理，那么在理论上，它究竟能否成为室温超导体呢？

1911年，荷兰科学家海克·昂内斯首次发现，某些导电材料在极低的温度下，其电阻完全消失，呈现超导状态。其中极低的温度，在传统的意义上，是绝对0度（-273摄氏度），在过去的一个世纪，科学家们致力于提高这一温度，试想使得超导体的应用更加广泛与实际。而实现室温下材料的超导一直以来都是研究者们的终极目标。

这一研究从未停止，直到去年，研究者发现大家所熟知的恶臭之王——H₂S在超导方面性能非凡。它不仅仅是过去大多数人印象中只会与臭鸡蛋联系起来的气体，它打破了此前超导体164K的温度纪录，在100万倍大气压的压力条件下，温度203K（-70℃）时就成功地实现了超导。

最新研究表明，由西班牙巴斯克大学的研究者们带领的国际团队成功发现了H₂S具有此超导特性的机理——氢原子的量子效应。

我们日常生活中的物体，都符合经典力学，或者说是牛顿力学的作用机理，就是说一个物体移动，我们用位置和动量这两个相互联系紧密的参数来衡量物体的运动方向以及运动时间。然而，在量子物理的世界中，牛顿力学不再适用，根据海森堡不确定性原则，在任何情况下粒子都具有两个相互关联的特性，而其中只有一个特性是能被确定的，另一个则不能。氢原子作为元素周期表中最轻的原子，它的量子效应能够更加明显地影响它的结构和物理性质，就比如高压下的冰，其中质子的量子波动影响了分子的联接方式，这使得原子间的化学键变得对称。

而研究者们构建的理论模型中，作为超导体的H₂S就是在甚至比100万倍大气压更高的压力下，通过改变氢键对称性，使得氢原子坐落在两个硫原子距离一半的位置处，形成了整体的完全对称性，而对称性将会对振动和超导特性具有巨大的影响。因此，综合理论计算与理论分析，在其他的富氢化合物中，实现室温下超导是完全可能的。

研究者们的下一步行动，将关注在如何降低所需的高压。

该研究成果已经发表在Nature上。

原文参考地址：Quantum effects at work in the world's smelliest superconductor

感谢材料人编辑部丁菲菲供稿。