250K逼近室溫超導，這個神奇材料有何秘訣？

　　自從1911年，Onnes等人首次在水銀中發現超導現象以來，科學家便開始了對室溫超導長達一個世紀的追尋。一百多年來，越來越多的超導材料被發現，所達到的最高臨界溫度的也從4K一直提高到250K，直接逼近室溫超導。

　　值得一提的是，德國馬普化學所Drozdov和M. I. Eremets團隊于2015年發現，當H2S壓縮到接近2百萬倍大氣壓時，可在約200 K的溫度下可轉變為超導體，一舉打破當時的高溫超導紀錄；

　　A.P. Drozdov et al. Conventional superconductivity at 203 kelvin at highpressures in the sulfur hydride system. Nature 2015, 525, 73–76.

　　https://www.nature.com/articles/nature14964

　　隨后的2019年，德國馬普化學所Drozdov和M. I. Eremets團隊再次發現了一種更有前景的超導材料：氫化鑭化合物。研究發現，當壓力壓縮到地球大氣壓超過一百萬倍時，氫化鑭化合物在250 K時就變成超導體，這是目前已知的最接近室溫的超導體。

　　A. P. Drozdov, P. P. Kong, V.S.Minkov, S. P. Besedin, M. A. Kuzovnikov, M. I. Eremets et al.Superconductivityat 250 K in lanthanum hydride under high pressures. Nature2019.

　　https://www.nature.com/articles/s41586-019-1201-8

　　那么，這個能在250K逼近室溫超導的神奇氫化鑭化合物，到底有何神奇之處？

　　為了回答這個問題，意大利羅馬薩皮恩扎大學José A. Flores-Livas團隊進行了系統研究，并于2020年2月6日在Nature發表論文，報道了氫化鑭化合物的量子晶體結構。

　　研究表明，在所需要的壓力范圍內，量子原子漲落賦予了LaH10材料高度對稱的晶體結構的穩定性。該結構與實驗結果一致，電子-聲子耦合常數高達3.5。盡管ab initio理論計算表明，該結構在低于230 千兆帕的壓力下會發生變形，產生復雜的能量態勢，但考慮到量子效應以后發現，這確實是最基本的基態結構。計算出的Tc值與實驗Tc值完全一致，這表明量子效應是LaH10材料在250K溫度下觀察到超導的主要原因。

　　通過經典方法，科學家預測了許多氫化物晶體結構，這些預測是室溫超導性探索的基本準則。而現在，量子漲落的相關性對這些預測提出了質疑。此外，研究發現，量子效應對于具有高電子-聲子耦合常數的固體的穩定至關重要，否則，高電子-聲子耦合常數可能會破壞其穩定性，從而降低合成所需的壓力。

　　總之，這項研究為我們探索了新型高溫超導材料的機理，為我們尋找更逼近室溫的超導材料提供了有效的指導。

　　參考文獻：

　　IonErrea et al. Quantum crystal structure in the 250-kelvin superconductinglanthanum hydride. Nature 2002, 578, 66–69.

　　https://www.nature.com/articles/s41586-020-1955-z