超导“小时代”之三十六:压力山大更超导

在超导材料研究中，高压是非常重要的方法。在高压下，原材料之间互相接触紧密，化学反应速度要远远大于常压情况，极大地提高了材料制备的效率。常用的高压合成方法有很多，比如多面顶高温高压合成和高压反应釜合成等。前者比较复杂，外层是个球壳，传压介质包裹着里面的八面球压砧，然后顶上六面顶压砧，再压上一个四面体的传压介质，最里面才是样品材料(图2)。如此设计的层层压力传递，最终就能在比较狭小的空间里实现几十万个大气压(~20 GPa)。高压反应釜则比较适合液相合成，将原料放在液体中并将其高压密封，温度升高后压力会更高，有利于某些样品的生长(图2)。借助高温高压，能实现不少常压下得不到的材料。对于某些特殊材料，如一些笼状化合物，在常压下难以稳定存在或合成。包裹着甲烷等的笼状水合物，又称之为“可燃冰”，就是海洋深处高压下形成的。一些高压下合成的笼状结构超导材料，如Ba8Si46材料，临界温度约为8 K(图3)。许多硼化物等硬度很高的材料，也需要借助高压合成来完成。