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臭鸡蛋硫化氢超导事件的十点回顾精选

已有 19463 次阅读 2016-10-11 12:08 |个人分类:超导小时代|系统分类:科普集锦| 超导, 量子, 室温超导, 硫化氢

臭鸡蛋硫化氢超导事件的十点回顾

图1 德国科学家发现硫化氢在超高压下超导

图2 超导材料的发现年代和临界温度，硫化氢203 K超导打破了多年来的记录

1. 2014年12月1日，德国马克斯普朗克化学研究所的科学家Drozdov和Eremets宣布在硫化氢中发现 190 K 超导现象，但需要150万个大气压的超高压环境，由于测量极端困难，他们数据里只有关于零电阻效应，缺乏迈斯纳效应（完全抗磁性），尚未能彻底证实超导；

2. 由于突破 165 K 记录的高温超导甚至室温超导的爆料年年有，而且次次皆乌龙，科学家们早已对此麻木不理。硫化氢超导爆料出来，也是遍地质疑，几乎没人相信，绝大多数人怀疑他们数据测量出错了。如果实现室温 300 K 超导，必然是一个诺贝尔奖！即使如此，超导研究领域的许多科学家也不太想去重复实验，怕白白浪费了时间和精力；

3.Drozdov和Eremets等把论文贴到预印本网站arXiv上后，随即投稿到了Nature，编辑部对此也是充满怀疑，为了保证数据的准确性和可重复性，编辑部要求他们提供抗磁性的数据，同时派了专家调查组到他们实验室，监控每一个数据记录的产生，六个多月后的2015年6月25日，确认数据无误，并得到了一些更新的结果，获得了初步的抗磁性测量数据，才允许他们正式投稿Nature；

4.Nature审稿花了一个月，审稿人认真提了许多问题并得到作者的详细回复，论文最终于2015年7月22日接受，并于2015年8月17日发表，论文发表时他们已经实现了在220万个大气压下发现203 K的超导电性；

5.Drozdov和Eremets的同事Troya和俄罗斯科学院的Gavriliuk等人合作，利用高压核磁共振技术证明了硫化氢体系在153 万个大气压、140 K以下具有抗磁性，论文于2015年6月17日投稿到了Science，并于 2016年1月4日正式发表，审稿时间约半年；

6. 硫化氢在高压下超导本身并不稀奇，因为还是在常规超导BCS理论框架范围内，理论上早有预言金属氢可以实现高温超导，只是实验上直到实现了金属氢也没有超导（理论预言条件一改再改，已经超出实验物理学家能力范围了）。在2014年，中国吉林大学的马琰铭研究组首次预言H2S在160万个大气压有 80 K左右的超导电性，同在吉林大学的崔田研究组预言H2S-H2化合物在高压下可能实现191 - 204 K 的高温超导。有意思的是，德国人的实验结果发现通过不同的测量处理样品方法，可以得到一个 70 - 90 K的相对较低温度超导相，和一个 170 - 203 K的高温超导相，和两个理论工作不谋而合。所以德国人的发现完全是理论上“意料之中”，他们在同位素氘的硫化物的结果也表明这是一个常规超导体。其实，德国科学家在Nature论文摘要就明确提到，他们是受到马琰铭组的论文启发才做的实验（内幕消息说是马琰铭把计算结果告诉了Eremets，因为他是世界上少数几个能做到 150 万个大气压以上实验测量的人！）。实验idea很简单，但要做成功的挑战非常之大，其关键在于实现 200 万大气压以上的电测量和磁测量极其困难，据不完全统计世界上不超过五个实验室能做到；

7.Eremets在2015年多次国际学术会议上报道了他们的成果，起初大家反应都极其冷淡，会场提问很少。后来他多次提及日本及中国的实验室在重复他们的研究，并且在 150 万个大气压以内的数据都得到了重复，但由于相关实验结果仍然未能发表，绝大部分实验科学家仍然将信将疑。与此同时期，不少理论计算文章发表，预言了在如此极端条件下的硫化氢超导特性，包括中国吉林大学的崔田研究组在内的国内外团队通过计算表明H2S很可能在高压下分解成了H3S和S，实际超导相很可能是H3S。Drozdov也在不断尝试重复实验，并将后续结果及实验细节报道出来，不过他们研究组人手少，进展相对较慢；

8.为了确认H2S-H2体系的真正超导相，吉林大学的马琰铭研究组和美英法西班牙等国科学家合作，结合理论计算和实验测量，发现这个体系确实非常复杂。除了H2S之外，高压下可能会分解成H3S、H2S3、 H3S2、 HS2、 H4S3等等，其中H3S在110 万个大气压以上最为稳定。论文于2015年9月1日投稿，并与2016年1月11日发表在Physical Review B上。日本大阪大学科学家Einaga和Shimizu等人在Drozdov和Eremets的帮助下，于2015下半年在自己的实验室同样重复了实验研究工作，并进行了X射线衍射结构分析，确认了最可能的超导相是立方相的H3S，和吉林大学崔田研究组的报道结果完全一致。论文于2015年9月9日投稿，并与2016年5月9日发表在Nature Physics上，审稿时间约九个月；

9.日本大阪大学的Ishikawa和Shimizu等还从理论上预测之前德国人观测到另一个50 - 70 K的超导相也有可能是H5S2，不过压力稳定区间可能很小。论文于2015年12月20日投稿，并与2016年3月17日发表在Scientific Reports上；

10.2016年10月11日，中国吉林大学的崔田研究组宣布成功测量了150 万个大气压下硫化氢体系的迈斯纳效应，在多个压力点得到了清晰的抗磁性信号，完全重复验证了前面的研究结果，从而基本坐实了硫化氢在超高压下超导的新物理突破。总之，目前已经从理论和实验上基本搞清楚 200 K左右超导的是H3S相，而低温下硫化氢体系多个的超导相是什么尚未完全确认。虽然我们还尚待其他研究组更多地重复实验结果，人们已经对在其他氢化物中实现超高压下的室温超导充满了期待！

多余的话：部分国外科学家在报道硫化氢超导事件时，只字不提中国科学家在理论方面的奠基性工作，是对我们中国科学家的不尊重。但愿在该领域后续研究工作中，会有越来越多中国人的声音！