科学家揭示了第一种可以在自然界中以矿物形式发现的非传统超导体

美国艾姆斯国家实验室的科学家们发现了一种非常规超导体，其化学成分在自然界中也能找到。米亚西矿是自然界中发现的四种矿物之一，当在实验室中培育时可以表现出超导性。对米亚西矿的研究揭示了它是一种非常规超导体，具有类似于高温超导体的特性。他们的发现进一步促进了科学家对这种类型超导性的理解，可能会在未来带来更可持续和经济实惠的基于超导体技术的应用。

超导性是指材料能够在传导电流时不产生能量损失。超导体的应用包括医学MRI机器、电力电缆和量子计算机。传统超导体虽然被很好地理解，但临界温度较低。临界温度是材料表现为超导体的最高温度。

上世纪80年代，科学家们发现了许多非常规超导体，其中许多具有更高的临界温度。根据艾姆斯实验室的科学家鲁斯兰·普罗佐罗夫的说法，所有这些材料都是在实验室中培育而成的。事实导致人们普遍认为非常规超导性不是自然现象。

普罗佐罗夫解释说，在自然界中很难找到超导体，因为大多数超导元素和化合物都是金属，并且倾向于与其他元素（如氧气）发生反应。他说，米亚西矿（Rh17S15）因其复杂的化学组成式而显得非常有趣。“直觉上，你会认为这是在针对性搜索过程中刻意制造出来的东西，不可能存在于自然界中，”普罗佐罗夫说道，“但事实证明它确实存在。”

艾奥瓦州立大学的物理和天文学杰出教授保罗·坎菲尔德是该项目的科学家，他擅长设计、发现、生长和表征新型晶体材料。他为这个项目合成了高质量的米亚西矿晶体。“尽管米亚西矿是在俄罗斯车里雅宾斯克州米亚西河附近发现的矿物，”坎菲尔德说，“但这是一种通常不会形成完整晶体的罕见矿物。”

培育米亚西矿晶体是为了发现将高熔点元素（如铑）和挥发性元素（如硫）结合在一起的化合物。坎菲尔德说：“与纯元素的本质相反，我们已经掌握了使用这些元素的混合物，这些混合物允许在低温下生长出蒸汽压力最小的晶体。”“这就像发现了一个充满大鱼的隐秘垂钓点。在铑-硫系统中，我们发现了三种新的超导体。并且通过鲁斯兰的详细测量，我们发现米亚西矿是一种非常规超导体。”

普罗佐罗夫的团队专门研究低温下研究超导体的先进技术。他说，这种材料需要冷却到50毫开尔文左右，约为华氏-460度。

普罗佐罗夫的团队利用三种不同的测试方法来确定米亚西矿的超导性质。主要测试称为“伦敦穿透深度”，它确定了微弱磁场能够从表面穿透超导体的距离。在传统超导体中，这个长度在低温下基本上是恒定的。然而，在非常规超导体中，它随着温度线性变化。这项测试表明，米亚西矿表现出非常规超导体的行为。

团队进行的另一项测试是将缺陷引入材料中。普罗佐罗夫说，这是他的团队过去十年来采用的标志性技术。它涉及用高能电子轰击材料。这个过程使离子从原位中被“撞”出来，从而在晶体结构中产生缺陷。这种混乱可能会导致材料的临界温度发生变化。

传统超导体对非磁性缺陷不敏感，因此这项测试将显示临界温度没有或者只有极小的变化。非常规超导体对缺陷非常敏感，引入缺陷会改变或抑制临界温度。这也会影响材料的临界磁场。在米亚西矿中，团队发现临界温度和临界磁场都表现出了非常规超导体的预期行为。

研究非常规超导体有助于科学家们更好地了解它们的工作原理。普罗佐罗夫解释说，这很重要，因为“揭示非常规超导性背后的机制对于超导体的经济应用至关重要”。