近日火爆全網的室溫超導論文，再次將低溫物理科研推到了大眾的視野里。自昂內斯1911年發現汞金屬的超導電性之后，各種超導材料的研究進入了爆炸式增長，從金屬到合金超導體、銅氧化物超導體、重費米子超導體、有機超導體、鐵基超導體以及其他氧化物超導體等，超導溫度也在不斷提升。

然而即便是常見的高溫超導材料仍要接近液氮溫度才能夠實現，使得超導材料距離人們生活中大規模應用仍然存有相當的距離。而近日在美國物理學會春季會議，羅徹斯特大學的蘭加·迪亞斯團隊宣布在1GPa壓強下，在镥-氮-氫體系中實現了室溫超導，使整個物理學界沸騰了。這篇工作也刊登于Nature期刊，3月8日在線發表。

圖1. 蘭加·迪亞斯在美國物理學會春季會議的報告

相比于之前的氫化物超導，此次氮摻雜镥氫化物超導存在兩個驚人的發現：一是該超導材料的臨界超導溫度達到了21度，二是壓力僅需要1萬個標準大氣壓（1Gpa）。這與之前動輒上百Gpa壓力的高溫超導條件天差地別，具有很高的應用潛力。

如此震驚世界的發現，作者在進行超導判定時也非常謹慎，分別從電、磁、熱三個維度進行了超導轉變實驗驗證。氮摻雜镥氫化物隨著壓力的增加，會發生兩次明顯的可視相變，起初樣品無超導性，呈現藍色（I相）。隨著壓力增加到3kbar，樣品進入超導相（II相），顏色也轉變為粉紅色。進一步提升到32kbar以上，樣品再次進入一個無超導金屬相（III相），樣品顏色此時也轉變為鮮艷紅色。

圖2：镥-氮-氫體系超導與可視相變

對不同壓力下的超導相進行電輸運測量，零外場條件下，溫度依賴的電輸運測量表明，隨溫度下降，電阻會存在一個陡然下降至零的行為，超導轉變寬度與轉變溫度的比值ΔT/ΔT_C在0.005至0.036范疇，可以在GL理論的臟極限范疇解釋。零外場下，V-I特性曲線在超導轉變溫度上下明顯不同：超導轉變溫度之上，材料具有線性V-I響應，符合歐姆定律；超導轉變溫度之下，電壓幾乎不可測量，并具有非線性響應。

圖3. 镥-氮-氫體系溫度依賴的電輸運測量和V-I特性曲線

對于超導轉變判定，除零電阻行為外，更為關鍵的是邁斯納現象的發現。本文磁學測量方面，溫度依賴的磁化強度曲線和M-H曲線基于Quantum Design PPMS系統完成，并搭配了相應的磁測量高壓包選件。在8kbar壓強下，場冷、零場冷條件下磁化強度的測量表明了一個清晰明確的邁斯納現象的存在，確定超導轉變為277K。寬超導可能源于高壓包不同壓力梯度或者材料的不均勻性。磁測量獲得的超導轉變與電阻測量結果相吻合。除直流磁化率外，交流磁化率也明顯觀測到超導轉變帶來的抗磁性。

圖4. 镥-氮-氫體系直流與交流磁化率測量

而熱輸運方面，比熱測量同樣是驗證超導轉變的重要途徑，根據BCS理論，超導轉變伴隨有能帶打開能隙，會導致比熱激增。本文采用了新型交流量熱技術，獲得了不同壓力下，材料比熱隨溫度的演變關系，可以看出，比熱具有明顯的不連續特征，由此獲得的超導轉變溫度也與電、磁測量相吻合。

圖5. 镥-氮-氫體系的高壓比熱測量

本文通過電、磁、熱三個維度的實驗驗證了镥-氮-氫體系在1GPa下接近室溫的超導電性，但關于其內容見解，各路大神眾說紛紜。此篇文章中，使用了PPMS磁測量高壓腔組件，能夠實現1.3GPa壓力下的等靜壓磁學測量。相信在未來的超導探索工作中，PPMS的磁學測量和電學測量高壓腔能夠發揮更多更重要的貢獻。

圖6：Quantum Design 高壓磁學和電學測量功能組件

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