image: (a) Simplified flow chart for the magnetic susceptibility measurement set-up for the diamond anvil cell (DAC). LIA and AC denote lock-in amplifier and alternating-current source, respectively. (b) Left: The sample in the gasket hole at 2 GPa and 200 K (left), and at 155 GPa and 300 K (right), respectively. Right: Magnetic susceptibility signals of sulfur hydride at various pressures. view more
Credit: Science China Press
科研人员通过理论计算和实验研究发现，一些富氢化合物在高压作用下呈现出非常高的超导转变温度，比如硫氢化物在155 GPa下超导转变温度为203 K，镧氢化物在170 GPa下的超导转变温度为250 K。但是，高压下富氢化合物超导实验研究都集中在零电阻特征。众所周知，完全抗磁性（迈斯纳效应）是超导体的另外一个重要特征，然而富氢化合物在超高压下完全抗磁性的实验测量是极具挑战性的。通过金刚石对顶砧压机可以产生100万大气压甚至更高的压力，但样品的尺寸小于0.05 × 0.05 × 0.01 mm3，压机的金属部件和极小的样品导致在进行磁测量时信噪比极低，从巨大的噪声信号中提取样品信号是非常困难的。
近日，吉林大学物理学院超硬材料国家重点实验室崔田教授课题组在高压下硫氢体系高温超导迈斯纳效应实验研究方面取得突破性进展。相关成果“High-temperature superconductivity in sulfur hydride evidenced by alternating-current magnetic susceptibility”于5月9日在线发表于《国家科学评论》（National Science Review，NSR）。
该论文通过抑制信号源噪声、屏蔽传输噪声、提高信号提取灵敏度等，优化了基于金刚石对顶砧的磁性测量方法。通过低温压缩路径制备出目标样品H3S，随后利用基于金刚石压机的低温交流磁化率测量系统，发现样品在压力149 GPa、温度183 K时，样品的交流磁化率出现了急剧下降，表明样品进入了超导态。通过测量不同压力下的交流磁化率突变，获得了硫氢体系化合物在压力驱动下超导转变温度的变化趋势，完善了硫氢化合物的超导相图。
该研究工作从迈斯纳效应的角度进一步证实了硫氢化物的高温超导电性，为超高压下富氢超导体的实验研究开辟了广阔的研究前景。
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相关论文信息：https://doi.org/10.1093/nsr/nwz061
Journal
National Science Review