美德兩國科學家分別在預印期刊 arXiv 報告，指他們成功在相對「高溫」環境實現超導體。

超導體 (Superconductor) 一般只能在極低溫環境，呈超導狀態。超導體電阻會在此狀態下降至零，而且會排除磁場，形成完全反磁現象。超導體這種特性使其可用於磁浮列車、量子電腦、磁力共振儀器，甚至大型輸電之中，不過，由於要達至超導狀態需要極低溫環境，因此超導體受制於此，仍未可廣泛應用於不同範疇。

喬治華盛頓大學物料工程學家 Russell J. Hemley 本年 8 月 23 日於美國化學學會會議及預印期刊 arXiv 指出，其團隊成功以氫 (hydrogen) 及鑭 (lanthanum) 合成物 LaH₁₀ 在高壓環境，於攝氏 -13.15– 6.85°C 之間達至超導狀態。德國普朗克研究所 Mikhail Erements 的團隊也在 8 月 21 日於 arXiv 發表報告，指他們成功在低壓環境下約 -58.15°C 以相同元素達至超導狀態。兩項結果相信都可打破 Erements 等人在 2015 創下的 -70°C 紀錄 ^[1] 。 

今次研究採用到的 LaH₁₀ ，早於 60 年前已由 BCS 理論 (Bardeen-Cooper-Schrieffer Theory) 提出。該理論指可以透過高壓處理，將氫化物 (hydride) 展現出超導體特性。 BCS 理論提出後約 10 年，另一位物理學家 Neil Ashcroft 也預計，氫原子不僅會在高壓下呈現金屬性，且會變成一種「高溫」超導體。而在 2004 年，Ashcroft 再提出以高氫含量物質加壓處理，有機會可達到超導體現象。在 2016 年， Mikhail Erements 正式確認能以 Ashcroft 提出的方法，將硫化氫加壓，達至超導體效果，並觀察到完全反磁現象。

Hemley 團隊則嘗試尋找其他氫化物能否在可行壓力下，展現出金屬氫的超導體特性。他們在去年刊於《美國國家科學院院刊》的報告中指出，透過密度泛函理論 (Density Functional Theory) 及晶體結構模型，測試釔 (yttrium) 及鑭 (lanthanum) 與氫原子結合時的特性。在眾多種化合物中，計算出 LaH₁₀ 在 210 億帕 (GPa) 壓力下，超導轉變溫度約為 0.85–12.85°C 。之後他們再在去年 11 月發表的報告中，測試了將鑭 (lanthanum) 和氫在室溫加壓和利用激光將此合成物加熱。這種由 32 個氫原子圍繞著鑭原子的結構，而原子間的距離亦縮短至金屬氫般，有機會將達至高溫超導體。

為確認 LaH₁₀ 為超導體，Hemley 等研究人員再利用 4 組儀器，將只有 5 微米 (μm) 厚的樣本加壓至 190 GPa ，並發現在 -13.15°C 時，電阻突然下跌至 0.5 微歐姆 (µΩ) ，其餘三個樣本在精準度較低的測試下，亦在最高 6.85°C 及 200 GPa 下，錄得類似的電阻下跌現象。Erements 研究隊伍收到 Hemley 的數據後，也發現在 150 GPa 下，發現氫 (hydrogen) 及鑭 (lanthanum) 樣本的超導轉變溫度約為 -58.15°C 。

雖然兩隊研究人員均錄得電阻急跌現象，但仍未有確認物質有完全抗磁作用。未來需要更多數據確定完全反磁現象存在，才可將其視為超導體。除此以外，由於此方法仍需要以大氣壓力多 200 萬倍的壓力加壓，所以未有實際用途。不過此發現仍有助找出類似物質，在環境壓力下呈現超導狀態。

註：
[1] 紀錄由德國普朗克研究所 Mikhail Erements 的團隊於 2015 年創下。他們使用了硫化氫為超導體物質。 

來源：
Physics Today, Pressurized superconductors approach room-temperature realm, 23 August 2018

報告：

文／Edward Ho、審核／Alan Chiu