超高壓下的超導奧秘：新技術揭示硫的神奇特性
1911年，海克·卡末林·昂內斯發現了第一種超導體——當金屬汞冷卻至4.2克耳文（Kelvin）時，能夠無阻力地傳導電流。自此以來，科學家們一直在探索這種神奇現象，試圖找到在更高溫度下工作的超導材料，甚至希望能在常溫下實現超導夢想。
超導體的世界就像一個充滿神秘和驚奇的魔法世界。在這個世界裡，很多化學元素在高壓下會變成超導體，但測量這些現象並不容易，因為高壓環境本身就充滿挑戰。
現在，來自德國和美國的科學家團隊發明了一種新技術，能夠在超高壓下測量硫的超導特性，揭示了許多新型超導體的機制。這項研究結果發表在《物理評論快報》上。
在超過90帕斯卡（GPa）的壓力下，硫從非金屬變成金屬，並在低溫下成為超導體。在這項研究中，科學家們施加了160 GPa的壓力，並在17開爾文下觀察到硫的電子成對形成庫珀對，進入超導狀態。
為了達到這麼高的壓力，研究團隊使用了鑽石高壓砧(Diamond Anvil Cell, DAC)，這是一種利用兩個相對的鑽石尖端夾住樣品的裝置，能夠對非常小的樣品施加高達200 GPa的壓力。
這次的突破來自於研究團隊在鑽石砧細胞中原位製造了一個平面隧道結構，這種結構使用絕緣材料五氧化二鉭夾在超導硫和鉭之間。這樣的設計確保了隧道間隙在高壓下不會改變，使得科學家們能夠進行精確的測量。
壓力可讓在大氣條件下無法出現的特殊性質顯現
「壓力可以讓一些材料在大氣條件下無法出現的特殊性質顯現出來，比如氫化物在接近室溫下的超導性，」德國美因茨馬克斯·普朗克化學研究所的馮·杜（Feng Du）解釋道。「我們在這篇文章中所做的是開發一種在加壓環境下研究超導性的『顯微鏡』。」
他們的目標是測量超導硫的超導間隙，這是庫珀對能量密度在費米能量附近的能量間隙，與材料中的超導機制本質密切相關。
這項新技術不僅能測量硫的超導特性，還能應用於其他材料。研究小組希望未來能利用這種技術來研究氫化物和鎳酸鹽等更具挑戰性的材料，這可能最終幫助我們設計出在常溫下工作的超導體。這次突破讓我們離常溫超導的夢想更近了一步，或許有一天，我們能在家裡用上超導材料製成的電器，享受更高效、更節能的生活。
這項研究結果發表在《物理評論快報》上。
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首圖來源：Physics Magazine, APS cc By4.0
cc By4.0
參考論文：
1.Tunneling Spectroscopy at Megabar Pressures: Determination of the Superconducting Gap in SulfurPHYSICAL REVIEW LETTERS
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