镍时代的超导:是氢的宝宝我们穿裙子做好不好慢

镍时代的超导:是氢的宝宝我们穿裙子做好不好慢当氢被纳入镍酸盐结构时，它不是超导体。信贷:你维恩

镍被认为预示着超级钴的新时代但事实证明，这比预期的要难得多。维也纳大学的科学家们现在可以解释其中的原因了。

去年夏天，高温超导的新时代宣告诞生——镍时代。研究人员发现，在一种特殊的材料——所谓的镍酸盐中，存在着很有前途的超导体，这种材料即使在高温下也能无电阻地传导电流。

然而，事实很快证明，斯坦福大学最初的这些惊人结果无法被其他研究小组复制。TU Wien(维也纳)现在发现了这一原因:在一些镍化物中，额外的氢原子被纳入到材料结构中。这完全改变了材料的电行为。在生产新型超导体时，现在必须考虑到这种效应。

高温超导体的研究

有些材料只有在绝对零度附近才超导——这样的超导体不适合技术应用。因此，几十年来，人们一直在寻找即使在更高温度下也能保持超导的材料。20世纪80年代，人们发现了“高温超导体”。然而，在这种情况下，所谓的“高温”仍然是非常冷的:即使是高温超导体也必须得到强烈的冷却，以获得它们的超导性能。因此，对更高温度下新的超导体的研究仍在继续。

“很长一段时间以来，人们特别关注所谓的铜化合物，即含铜化合物。这就是为什么我们也谈到了铜时代，”来自维也纳理工大学固态物理研究所的卡斯滕·赫尔德教授解释道。“有了这些铜，我们取得了一些重要的进展，尽管今天高温超导理论仍有许多悬而未决的问题。”

但一段时间以来，其他可能性也在考虑之中。以含铁超导体为基础的所谓“铁器时代”已经到来。2019年夏天，斯坦福大学的Harold Y. Hwang研究小组的研究小组成功地证明了镍化物的高温超导性。“根据我们的计算，我们早在10年前就提出了镍化物作为超导体，但它们与现在发现的有些不同。它们与铜有关，但含有镍而不是铜原子，”卡斯滕·赫尔德说。

氢的问题

然而，在最初的一些热情之后，最近几个月，镍化超导体的生产明显比最初想象的要困难。其他研究小组报告说，他们的镍化物不具有超导性能。这一明显的矛盾在维也纳大学得到了澄清。

“我们在超级计算机的帮助下分析了镍化物，发现它们非常容易接受氢进入材料，”梁思(维也纳TU)报告说。在某些镍酸盐的合成中，可以加入氢原子，这完全改变了材料的电子性能。“然而，这并不是发生在所有的镍酸盐上，”Liang Si说，“我们的计算表明，对大多数镍酸盐来说，吸收氢在能量上更有利，但对斯坦福的镍酸盐却不是这样。即使合成条件的微小变化也会产生影响。”上周五(2020年4月24日)，来自新加坡国立大学的Ariando Ariando周围的团队可能报告说，他们也成功地生产了超导镍。它们让生产过程中释放的氢立即逸出。

用超级计算机计算临界温度

在维也纳理工大学，新的计算机计算方法正在开发，并用于理解和预测镍化物的性质。“由于大量的量子物理粒子总是同时在这里发挥作用，计算极其复杂，”梁思说，“但通过结合不同的方法，我们现在甚至能够估计出各种材料超导的临界温度。这样可靠的计算在以前是不可能的。”

特别是，维也纳大学的研究小组能够计算出镍酸盐超导的锶浓度允许范围——这个预测现在已经在实验中得到了证实。

“高温超导是一个极其复杂和困难的研究领域，”Karsten Held说。“新的镍酸盐超导体，连同我们的理论理解和计算机计算的预测能力，为固体物理的伟大梦想打开了一个全新的视角:在环境温度下的超导体，因此不需要任何冷却。”

参考文献:“镍酸盐超导体中的拓扑氢和类似的无限层氧化物ABO2”，司良，肖文，Josef Kaufmann, Jan M. Tomczak，陆毅，钟志成和Karsten Held, 2020年4月22日，物理评论快报。DOI: 10.1103 / PhysRevLett.124.166402