橡树岭国家实验室室温超导体突破

锆钒氢化物原子结构的例证在近的环境条件下使用中子振动光谱和钛超级计算机在橡木岭国家实验室的。晶格由钒原子（金）和锆原子（白色）组成，封闭氢原子（以红色）。显示三个氢原子以惊人的小氢气原子距离相互作用，短至1.6埃。原子之间的这些较小的间距可能允许将更高的氢气填充到材料中以使其开始超导的程度。

一支国际研究人员已经发现了金属氢化物中的氢原子比已经预测的更紧密间隔，这是一个可以促进室温和压力的超导性的特征。

这种超导材料，承载电力而没有由于电阻导致的能量损失，将彻底改变广泛的消费和工业应用中的能效。

科学家们在大气压下对氢化锆的样品进行了在能量橡木岭国家实验室的中子散射实验，在大气压下，在-450华氏度（5 k）至高达-10华氏度（250 k）的温度下高于预期在这些条件下发生超导性的温度。

在2020年2月6日，他们在国家科学院发表的调查结果，详细介绍了与预测的2.1埃距距离相比，详细介绍了金属氢化物中这种小氢气原子距离的第一次观察结果，如1.6埃这些金属。

由于金属中含有的氢气影响其电子性质，这种内网状布置非常有希望。已经发现其他具有相似氢装置的材料开始超导，但仅在非常高的压力下。

该研究团队包括EMPA研究所（瑞士联邦实验室的科学家（瑞士联邦实验室），苏黎世大学，伊利诺伊州伊利诺伊大学，芝加哥和奥诺伊州伊利诺伊大学。

“一些最有前途的”高温“超导体（如镧系元素），可以在约8.0华氏度的情况下开始超导，但遗憾的是还需要高达每平方英寸2200万磅的巨大压力，或者施加的压力近1,400倍伊利诺伊大学芝加哥伊利诺伊大学的自然科学教授和尊敬的椅子上，苏利诺伊大学的自然科学教授说，由水的最深部分。“几十年来，科学家的”圣杯“一直在寻找或制造一个在室温和大气压力下的超级导电的材料，这将允许工程师将其设计成传统的电气系统和设备。我们希望廉价，稳定的金属如锆钒硫化锆等，可以根据这样的超导材料提供。“

研究人员探讨了在OrnL的介质中子源的视觉梁线上使用高分辨率，无弹性中子中子振动光谱探讨了富熟的金属氢化物中的氢相互作用。然而，由此产生的光谱信号（包括突出的峰值在约50毫米）不同意模型预测的。

在团队开始与橡木岭领导计算机计算设施开始致力于评估数据的策略后，发生了理解的突破。当时的OLCF是世界上最快的超级计算机之一的泰坦，这是一个在高达27个PETAFLOPS的速度下运行的CRAY XK7系统（每秒27个千分之二的浮点操作）。

“ornl是世界上唯一的地方，拥有世界领先的中子来源和世界上最快的超级计算机之一，”Timmy Ramirez-Cuesta表示，团队为Ornl的化学光谱团队提供。“结合这些设施的能力使我们能够编译中子谱数据并设计一种方法来计算我们遇到的异常信号的来源。它采用了3,200个史的集合，这是一个大量的任务，占泰坦巨大的巨大加工能力的17％近一周 - 传统计算机将需要十到二十年。“

这些计算机模拟以及额外的实验判断替代说明，得出了意外的光谱强度，仅当氢原子之间的距离较近2.0埃时，才能发生在环境压力和温度下的金属氢化物中从未观察到。该团队的研究结果代表了对双金属合金中的纵横标准的第一个已知的例外，该规则在环境温度下保持稳定的氢化物，氢气 - 氢距离从未小于2.1埃。

“一个重要的问题是观察到的效果是否有限于丙酸锆氢化锆，”EMPA在氢气光谱的群体领导者中。“我们对材料的计算 - 排除SwiteNdick限量 - 能够再现峰值，支持氢化物中的观念，氢气对具有低于2.1埃的距离。”

在未来的实验中，研究人员计划在各种压力下将更多的氢气加入氧化锆丙酸钒，以评估材料的电导率的潜力。ORNL的首脑会议超级计算机 - 200 PETAFLOPS比泰坦更快7倍，自2018年6月以来一直是第500页的第1位，世界上最快的计算系统的半年排名 - 可以提供所需的额外计算能力分析这些新实验。

参考：“金属氢化物的异常H-H距离的无弹性中子散射证据”由Andreas Borgschulte，Jasmin Terreni，Emanuel Billeter，Luke Daemen，永强程，Anup Pandey，ZbigniewŁodziana，Russell J. Hemley和Anibal J.Ramirez-Cuesta，6 2020年2月，国家科学院的诉讼程序.DOI：
10.1073 / pnas.1912900117

该研究得到了能源科学厅和国家核安保政府，国家科学基金会，卢瑟福·阿普尔顿实验室，EMPA和苏黎世大学瑞士国家科学基金会，以及国家研发中心华沙，波兰。 Oclimax中子数据软件，由Ornl的实验室指导的研究和开发计划资助的冰商项目的一部分用于分析和解释无弹性中子散射光谱。

SNS和OLCF是科学用户设施的DOE办公室。ORNL由美国能源部科学办公室UT-Battelle LLC管理，该办公室是美国物理科学基础研究的最大支持者。美国能源部科学办公室正在努力应对当今时代最紧迫的挑战。