中國科學家發現防晒霜中的有機分子，-150度低溫下現超導特性

中國科學家近日發現，一種用於製造防晒霜的有機分子在零下150攝氏度進入超導狀態，不過結果本身還需要進一步驗證。

2015年，一個德國科研團隊發現，硫化氫在零下70攝氏度（203開爾文）會進入超導態，這是目前記錄到的，能獲得超導態的最高溫度。然而，沒人能確定硫化氫超導現象的背後機理，只有人提出了一些可能的假說。

近日，有機分子超導領域再傳新突破：一種通常用於防晒霜的有機分子，在零下150攝氏度（123開爾文）和常壓條件下，呈現超導態。這個溫度相較於之前的有機分子超導臨界溫度記錄高了將近100攝氏度，並與陶瓷材料的最高超導臨界溫度相仿。

如果這個發現被最終確認，那麼有機分子超導將成為研究熱點，科學家會試圖製造出超導臨界溫度更高的材料。不過，在機理層面，該材料的超導特性仍有待探究——目前還沒有理論能令人信服地解釋，為什麼這種分子會在這麼高的溫度下呈現超導特性。

金屬超導材料的超導臨界溫度一般不會高於零下243攝氏度(30開爾文)。在低溫下，金屬晶格中的電子會形成庫伯對，並通過相干振動相互作用。當溫度足夠低時，根據超導理論，相干振動能夠讓電子庫伯對在金屬晶格之間無阻運動，呈現超導現象。超導態很難維持，只要溫度比臨界溫度稍高，超導態就會被破壞，電阻將急劇增加。

此外，所有超導體的共性之一是抗磁性，這種特性稱為邁斯納效應。新發現的任何材料，都必須體現出抗磁性，才能被科學界正式承認為超導材料。

另外一個超導材料判斷標準是同位素效應。由於超導現象依賴於晶格共振，因此對晶格中原子核的質量非常敏感。如果通過同位素核替換的辦法，改變晶格中原子的質量，那麼該材料的超導臨界溫度應該會發生改變。

目前為止，物理學家普遍認為：一種材料必須同時具備電導率相變、抗磁性和同位素效應三個特徵，才能被確認為超導材料。

新近發現的超導有機分子，是一種被稱為對聯三苯的芳香烴類化合物。這種物質一般用於染料激光器以及製作防晒霜。近日，上海高壓先進科研中心的陳曉嘉研究員和湖北大學高雲教授、黃忠兵教授和王仁樹等聯合宣布，他們通過在對聯三苯中摻雜鉀的方法，讓該材料在零下130度（143開爾文）呈現了超導態。

他們用的方法相對簡單。在高真空中，他們向對聯三苯中摻入鉀，比例為3:1。然後，混合物被放入石英管，在260攝氏度下加熱7天。最後，他們在零下272攝氏度到27攝氏度（1-300開爾文）的範圍內，測試了該材料的導電性和磁性。

研究團隊表示：該材料在的磁性在零下150攝氏度（123開爾文）出現突變，且變化曲線符合邁納斯效應的預期，因此可以初步判定出現了超導態。

雖然有了「初步判定」，但這並不能代表最終結論。研究團隊並沒有在論文中表明，該材料在臨界溫度附近，1）是否觀測到了電導率的相變；2）是否存在同位素效應。

沒有報道這些關鍵信息，到底是因為科研團隊沒有觀測到這些現象，還是其他什麼原因，目前尚不清楚。在超導研究歷程中，不止一次出現過「高溫超導材料」事後被證明無法復現。因此對於該結果目前還需要謹慎。

一個更需解決的問題是，如果對聯三苯真的出現了超導特性，背後的機理是什麼？研究團隊只有一個試驗性的解釋和一些相關證據。

科學家們對聚合物超導特性的了解還很少——人類在21世紀初才發現這種現象。其中一種超導機理假說認為，電子在有機分子間運動時，與它自身的振動產生了相互作用。這樣的電子被稱為極化子，而極化子穿過分子的方式決定了其導電性。一些分子中的極化子，可以配對形成雙極化子。

這就是中國研究團隊給出的解釋——在對聯三苯中摻入鉀之後，產生了雙極化子。當溫度降低，雙極化子以類似於庫伯對的方式，進行了無電阻運動。團隊還稱，拉曼散射的實驗結果提供了一些相關證據。

這個假說本身是非常有意義的。如果雙極化子確實是有機材料導電的原因，那麼對聯三苯應該不是唯一的——其他有機材料也可以，甚至在更高的溫度體現出超導性。

然而，目前最重要的工作是重複試驗，以確定該論文的成果。不過有一件事是肯定的——對聯三苯將成為最近一段時期的材料學研究熱點。

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