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为什么超导研究正处于“黄金时代
尽管存在争议 上周的撤稿对寻找室温超导的努力造成了打击，但物理学家对该领域的未来持乐观态度。
《自然》杂志上周的撤稿结束了最新的室温超导声称 — 在这项研究中，研究人员说他们制造了一种能够在不产生浪费热量和不需要制冷的情况下传导电流的材料。
这次撤稿是在一项更加大胆的声称关于一种被称为LK-99的超导体的垮台之后发生的，这种超导体在今年早些时候在社交媒体上引起了轰动。
尽管遭遇了这些备受瞩目的挫折，超导研究人员说该领域正在享受某种复兴(见“时间线：超导里程碑”)。罗马的萨皮恩扎大学(Sapienza University of Rome)的计算预测专家、物理学家利利亚·博埃里(Lilia Boeri)说：“这不是一个正在消亡的领域 — 恰恰相反。”这种进步部分是@计算机模拟的新能力推动的，这些模拟能够预测未被发现的材料的存在和性质。
大部分的兴奋都集中在“超氢化物”(super-hydrides)上 — 这些富含氢的材料在保持高压的情况下表现出了越来越高的超导温度。被撤回的《自然》论文的主题就是这样一种材料，@氢、镥和氮组成。但是在过去的几年里，研究人员发现了几个可能具有革命性性质的材料家族。“我们确实似乎处于能够发现许多新超导体的边缘，”艾姆斯州立大学(Iowa State University)和艾姆斯国家实验室(Ames National Laboratory)的物理学家保罗·坎菲尔德(Paul Canfield)说。 电子冲浪
超导是当固体中的电子结合形成“库珀对”(Cooper pairs)时产生的。这使得比平常更多的电子能够在材料内部同步移动，从而使电子能够在不产生浪费热量的情况下携带电流。
在“常规”超导体中，电子通过材料中的振动来形成库珀对 — 这些振动是机械波，库珀对就像冲浪者一样在波上滑行。直到2000年代中期，研究人员通常认为，这种机制只能在极低的温度下工作，最高大约是40开尔文(kelvin)。@单一元素组成的超导体都需要低于10开尔文的温度才能表现出这种性质。@日本冈山大学(Okayama University)的秋光淳(Jun Akimitsu)领导的团队在2001年发现的镁二硼化物(magnesium diboride)是一种常规超导体，它将最高温度的记录提高到了39开尔文。
超氢化物的基础是@已故的理论物理学家尼尔·阿什克罗夫特(Neil Ashcroft)在2004年提出的，他预测某些元素会与氢形成化合物，这些化合物在足够的压力下能够在比任何其他材料都高得多的温度下超导，这种压力会迫使氢原子更加靠近。
根据阿什克罗夫特的理论，氢原子的接近会增加机械振动的频率，这会使材料在保持超导性的同时变得更温暖。但是有一个问题：要使其中一些材料存在，它们需要与地球核心相当的压力。
在微小样品上进行高压实验的进展 — 以及测量它们的结果 — 导致了2015年的突破，当时德国美因茨的马克斯·普朗克化学研究所(Max Planck Institute for Chemistry)的物理学家米哈伊尔·埃雷梅茨(Mikhail Eremets)和他的合作者首次证明了一种超氢化物 — 硫化氢的超导性。从那时起，科学家们预测了这个家族中其他几种超导材料的存在 — 其中一些已经被发现，包括以钙为基的笼状结构，称为包合物(clathrates)。
目前，任何类型的“最热”的超导体被认为是超氢化物类的一员 — 镧十氢化物(lanthanum decahydride)，它被证明是一种在高达至少250开尔文的温度下的高压、常规超导体。 先进的模拟
埃雷梅茨和其他人说，理论、模拟、材料合成和实验之间的相互作用对于进步至关重要。从2000年代初开始，模拟就有可能预测具有某种晶体结构和化学组成的材料是否能够是一种超导体，以及它在什么温度下能够表现出这种性质。但是下一个重大的转变是在那个十年后期引入了一些算法，这些算法不仅能够预测材料的性质，还能够预测从给定的元素混合物中可以形成什么材料。“在那之前，一个关键的部分是缺失的：理解一个化合物是否能够首先形成，”博埃里说。
2015年发现硫化氢是一种超导体与前一年进行的计算机模拟是一致的。没有结构预测的快速进展，富含氢的超导体的发现“可能要再过一个世纪才会发生”，莫斯科的斯科尔科沃科技学院(Skolkovo Institute of Science and Technology)的材料科学家阿尔泰姆·奥加诺夫(Artem Oganov)说，他开创了结构预测算法。他的“进化”算法，特别是在给定的压力下找到具有最低能量的原子配置 — 因此有最好的形成和保持稳定的机会。
模拟对于预测高压下材料的行为尤其重要，在这种压力下，原子被推得如此接近，以至于它们开始不仅通过它们的外层电子，而且还通过更内层的电子相互作用，这使得化学教科书的教条被抛到了一边。一个例子是只能在高压下存在的六氢化锂(lithium hexahydride)。纽约州水牛城大学(University at Buffalo)的计算化学家伊娃·祖雷克(Eva Zurek)说：“任何在普通化学课上的人都会告诉你，像LiH6这样的东西是不可能稳定的。”
本文译自 nature，@ BALI 翻译。
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