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利用碳纳米管高机械强度制备常温超导体“金属氢”的新方法

时间:2019-04-04

最近,山东大学的一支科研团队与合作者,提出了一种制备“金属氢”的新方法:利用碳纳米管高机械强度的特点,在碳纳米管内形成超高密度的准一维“金属氢”。碳纳米管不仅可以保护“金属氢”,而且能有效地降低氢金属化的临界压力,在相对“较低”的压力下实现氢的金属化和超导特性。基于量子力学第一性原理的分子动力学模拟显示,束缚于碳纳米管的准一维氢在163.5 GPa 下就可以变成金属,其超导的临界温度(TC ∼225 K)也接近室温。该研究团队在Eliashberg 超导理论的基础上,发展了相应的理论模型,成功解释了准一维“金属氢”的超导特性。这项理论成果为实验上制备和研究常温超导体“金属氢”提供了新的方案。

自1935年Wigner 和 Huntington预言高压下“金属氢”的存在以来,“金属氢”一直是人们梦寐以求的目标,被称为高压物理的“圣杯”。“金属氢”的一个重要性质是它的超导特性。理论计算表明:在450 GPa 下(1 GPa = 1万倍大气压),“金属氢”具有接近室温的超导特性(TC ∼242K)。但是,如此高的压力对于实验是一个极大的挑战。2017年,哈佛大学的课题组在实验室里成功制造出495 GPa的超高压力,首次报道了真正意义上的“金属氢”(Dias & Silvera, Science 2017,355, 715),轰动全球。可惜后来该“金属氢”的样品莫名奇妙地消失了。因此,如何在相对“较低”的压力下获得“金属氢”,成为目前的一个重要研究方向。