风云再起：赫姆利团队重复镥氮氢室温超导

• 2023-06-14 08:39:50 来源：奇迹笔记

风云再起：赫姆利团队重复镥氮氢室温超导

近日，著名高压物理学家赫姆利（Russell J. Hemley）的团队在arXiv贴出了他们最近的几篇工作，其中一篇（arXiv:2306.06301），明确宣称重复了迪亚斯团队的室温超导实验结果。

(资料图片仅供参考)

该论文（Evidence for Near Ambient Superconductivity in the Lu-N-H System，镥氮氢体系的近常压超导证据）使用了迪亚斯团队自己提供的镥氮氢样品，使用多种测试技术测量了样品的电阻，测量结果与迪亚斯团队报道的超导转变温度Tc及与压强的依赖关系完美吻合。

最近关于氮掺杂镥氢化物在接近环境压力和温度下的超导性报告引起了广泛关注，但也引发了持续的争议。几个实验组报道称，他们制备的Lu-N-H样品在这些条件下没有观察到超导现象。为了解决这个问题，我们进行了一系列的Lu-N-H系统相态研究，采用了各种技术。我们在此报告了一份关于Lu-N-H样品的电阻测量结果，与先前报道的氮掺杂镥氢化物在接近室温附近的临界温度及其压力依赖性非常吻合（GPT翻译）。https://arxiv.org/pdf/2306.06301.pdf

赫姆利是资深的高压物理学家，美国艺术与科学院院士（fellow of the American Academy of Arts and Sciences），曾与华人学者毛河光（中科院外籍院士）一起获得过巴尔赞奖（Balzan Prize），赫姆利曾做过毛河光的博士后。赫姆利目前供职于伊利诺伊大学芝加哥分校，此前与迪亚斯团队也有过合作。

著名高压物理学家赫姆利

前情回顾

2023年3月8日，迪亚斯团队在《自然》杂志发表文章宣称实现了在掺氮的镥氢化物中实现了近常压（1万大气压），室温超导（转变温度Tc为294K，或21摄氏度）（参考：室温超导圣杯这次要大结局了吗？）。

这个结果出来后受到物理学界的普遍质疑，由于重复试验的门槛不高，很多组都制备了镥氮氢样品，但并未观察到迪亚斯团队宣称的超导现象。其中我国科学家闻海虎团队的一篇否定性论文（Absence of near-ambient superconductivity in LuH2±xNy），还在2023年5月11号被刊发在《自然》杂志上（参考：南京大学自然杂志发文：室温超导被否）。

制备方法

综合以上论文，及赫姆利最新预印本文章，迪亚斯团队与其他团队制备镥-氮-氢样品的条件是很不一样的。

迪亚斯团队的方法是：使用1:99的氮气/氢气混合气与镥箔在两万大气压，和仅338K（65摄氏度）温度下合成的。

闻海虎团队的方法是：使用NH4Cl和CaH2与2:8的氮气/氢气混合源在两万大气压和300-350摄氏度条件下与镥金属反应合成的。

迪亚斯团队的合成方法表面看还比闻海虎团队的方法容易些。此外也有团队使用迪亚斯团队的方法合成样品，但都未观测到超导现象。换句话说，迄今为止只有迪亚斯团队自己合成的样品才能“实现室温超导”。总的来说，这些结果表明超导材料的成功合成在很大程度上取决于样品制备的细节，并且需要进一步的研究和优化。

电阻测量

赫姆利团队直接使用迪亚斯团队提供的样品，他们使用伊利诺大学芝加哥分校及阿贡国家实验室的设备对样品进行了独立的测量。电阻测量方法是常规的四点法，测量条件为8千5百大气压到2万3千大气压。由于样品的尺寸较小（因此信号也较小），采用了相敏检测（phase-sensitive detection）进行测量，即使用锁相放大器来测量样品上的电压，信号被换算为电阻，并被画在下图。

不同压强下的电阻-温度数据，在1万5千大气压下，Tc为276K（3摄氏度，红线）

所有电阻在临界温度附近都有5个数量级的下降，最高转变温度Tc为276K（3摄氏度），在1万5千大气压下。不同压强下Tc的结果与迪亚斯团队的结果比较，两组数据间存在良好的一致性，其中小的差异可归因于压强测量的误差。

红色实心数据：赫姆利团队测量的Tc，黑色空心数据：迪亚斯团队的数据

有趣的是，赫姆利团队的文章还提供了一组数据对比，暗示闻海虎团队观测到的电阻-温度曲线可能是超导样品退化后的行为，因为这些未实现超导样品的线形与镧-氢超导样品退化后的电阻-温度线形很像。赫姆利团队认为这种行为与随温度变化的绝缘体-金属转变有关。

黑线是退化的镧-氢超导样品，蓝线和红线是闻海虎团队的Lu-N-H实验数据

电子结构

赫姆利团队最近还对镥-氮-氢体系进行了一系列计算模拟（arXiv:2305.18196）。计算表明，Tc与材料的电子结构性质，与材料的结构、化学计量比以及N-H空位的有序性密切相关。电子结构对晶体结构和原子有序性的敏感性表明，超导的实现在很大程度上依赖于合成条件，比如退火条件等。

各种结构的Lu-N-H：大灰球：镥，小灰球：氢，蓝色球：氮

最后，赫姆利团队的原始数据已被分享在互联网上，有兴趣的朋友可以自己处理。https://zenodo.org/record/8020419

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