北京
零電阻傳輸電力，這個物理學的圣杯，已經被追逐了幾十年。最有希望的候選者，現在是一類叫做“超氫化物”的材料——它們富含氫，在巨大壓力下表現出超導行為，其臨界溫度遠高于傳統超導體。一個國際團隊剛剛在這個方向上取得了關鍵突破：他們首次用核磁共振波譜法，在極端壓力下探測了鑭超氫化物。
具體怎么做到的？他們把樣品塞進金剛石對頂砧，用兩顆金剛石擠壓，產生超過一百萬倍大氣壓的壓力。樣品小得可憐，實驗精度要求極高。團隊里的HZDR科學家弗洛里安·伯特爾博士解釋：“我們得把高頻場精確聚焦到樣品所在位置，那個區域只有幾十微米寬，比人的頭發絲還細。”他們引入了一種叫“倫茲透鏡”的微型導電環結構，直接把核磁共振所需的高頻場聚焦并放大到樣品體積里，這才拿到了有意義的核磁共振數據。
為什么非要用核磁共振？超導材料在臨界溫度以下會完全失去電阻，但大多數已知超導體的轉變溫度都在約140開爾文（零下133攝氏度）以下，實用時必須依賴復雜的冷卻系統。找到能在更高溫度下工作的超導體，是材料科學的核心任務之一。超氫化物的結構很特殊：像鑭這樣的金屬原子被緊密包裹在氫晶格中。在類似行星內部的極端壓力下，這類材料會發展出奇特的電子性質，甚至可能逼近室溫超導。目前，科學家觀察到超導跡象的最高臨界溫度紀錄，正是由這類材料保持的。
核磁共振波譜能直接提供原子尺度的信息，幫助研究者理解這些材料的行為。但要在這類極端條件下做核磁共振，過去幾乎是不可能的。倫茲透鏡的引入改變了局面——它把信號放大到首次讓超氫化物的核磁共振測量成為現實。這意味著，人類現在有了一件可以窺探高溫超導候選材料微觀結構的工具。數據不會直接告訴你“室溫超導何時實現”，但它能告訴你，壓力下的氫原子在做什么。
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