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记录超导体受原子量子涨落的影响

时间:2021-09-18 19:52:33 来源:

LaH10的Fm-3m相的晶体结构,其中高度对称的氢笼包围着镧原子。顶部显示了复杂的古典能源格局的草图,其中存在许多极小值。另一方面,在底部,我们看到了一个完全重塑的,更简单的量子能量态势的草图,其中只有一个最小值得以保留。

来自西班牙,意大利,法国,德国和日本的国际研究人员团队进行的计算表明,有记录的超导LaH10化合物的晶体结构被原子量子涨落所稳定。该结果表明,在富氢化合物中,超导性可能接近室温,而其压力远低于以前经典计算所预期的压力。研究结果于2020年2月5日由著名的《自然》杂志发表。

达到室温超导性是物理学中最大的梦想之一。它的发现将通过提供无损耗的电力运输,超高效的电动发动机或发电机,以及在不冷却的情况下产生巨大磁场的可能性,带来一场技术革命。最近的超导发现首先在硫化氢中为200开尔文,后来在LaH10中为250开尔文,这引起了人们对这些材料的关注,从而为尽快达到室温提供了希望。现在很清楚,富氢化合物可以是高温超导体。至少在高压下:两项发现都超过了100吉帕斯卡,是大气压的一百万倍。

CFM的Ion Errea,Raffaello Bianco和Francesco Belli。

在LaH10中获得的º250开尔文(-23C)是家用冰柜正常工作的温度,是迄今为止观察到的超导性最热的温度。LaH10是由镧和氢形成的超氢化物,高温超导的可能性在2017年的晶体结构预测中得到了预测。这些计算表明,将在230吉帕斯卡以上形成高度对称的LaH10化合物(Fm-3m空间基团),其氢笼罩着镧原子(参见p)。据计算,该结构在较低压力下会变形,从而破坏了高度对称的图案。然而,2019年进行的实验能够在低得多的压力(130和220吉帕斯卡)下合成高度对称的化合物,并在此压力范围内测量约250开尔文的超导性。因此,记录超导体的晶体结构及其超导性仍然不完全清楚。

现在,由于《自然》杂志上发表的新结果,我们知道在观察到超导性的所有压力范围内,原子量子涨落“粘合”了LaH10的对称结构。更详细地,计算表明,如果将原子视为经典粒子,即作为空间中的简单点,则结构的许多变形都倾向于降低系统的能量。这意味着经典的能源格局非常复杂,有很多极小值(请参见第p),就像变形很大的床垫一样,因为有很多人站在上面。但是,当原子像量子对象一样对待,并用离域波函数进行描述时,能量格局将完全重塑:只有一个最小值是明显的(请参阅p),这与高度对称的Fm-3m结构相对应。量子效应以某种方式摆脱了床垫中的每个人,但只有一个人使床垫仅在一个点上变形。

此外,使用量子能态对临界温度的估计与实验证据令人满意。这进一步支持了Fm-3m高对称结构,这是超导记录的原因。

参考:离子Errea,Francesco Belli,Lorenzo Monacelli,Antonio Sanna,Takashi Koretsune,Terumasa Tadano,Raffaello Bianco,Matteo Calandra,Ryotaro Arita,Francesco Mauri和JoséA. Flores-Livas撰写的“ 250开尔文超导氢化镧的量子晶体结构” ,2020年2月5日,自然。DOI:
10.1038 / s41586-020-1955-z


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