具有超导特性、电阻为零的氢化物新型材料正引起人们的关注。其中之一便是氢化镧，氢化镧的超导温度（转变温度），比传统已知的材料高大约100K，绝对温度为260K（-13℃）。虽然实现超导仍然需要相当于地心的超高压，但它可能会成为实现室温超导的突破口，从而使得超导在产业上的利用得到迅猛发展。

氢化物是氢与其他元素结合而成的物质的总称，氢化物应用于超导方面的研究始于2014年底。当时使用新型氢化硫，在203K的“高温”下实现了超导，比尘封了20年的最高超导转变温度记录提高了约40度，令全世界的研究人员感到惊讶。

使用大型同步辐射装置“SPring-8”进行氢化物超导实验的场景

（图片均来自网络）

稀土金属族氢化物比该氢化硫具有更高的转变温度，去年发现的氢化镧便是首例。使用氢化钇有望进一步提高超导转变温度，全球的实验研究小组都在挑战这一研究。

稀土金属氢化物中，一个稀土金属原子一般最多可结合三个氢原子，可作为储氢合金存储用于燃料电池的氢气，因而备受瞩目。另一方面，超导研究中使用的稀土金属氢化物中， 1个稀土金属原子上结合多达10个氢原子，具有结晶结构，看起来就像是将1个稀土金属原子放入由氢原子编成的笼子中，而且其主要特征是，只有在相当于地心的约150万个大气压的超高压下才能稳定存在，换言之，它无法在常压下存在，因而难以应用于产业。

但是，没有其他物质能够达到如此高的超导转变温度。东京大学的有田良太郎教授称：“通过详细研究氢化物的超导性，可以获得实现具有实用性的室温超导的线索。”

如果室温超导技术得以实现，将不再需要高成本且体积大的冷却装置，这将为零损耗的超远距离输送电以及电力存储开辟道路。由于磁力强且小型的超导磁体能够低成本稳定供应，将彻底改变磁悬浮列车等运输系统。

与众多研究人员关注的氧化物超导不同，对氢化物超导的研究中，理论先于实验。

氧化物基超导材料于1980年代中期被发现，其转变温度远高于以往已知的金属基超导材料，由此引发了全世界的研究热潮，然而其实现超导机制仍是未知的。通过反复试验不断摸索，转变温度不断升高，并于1993年达到峰值，绝对温度为164K。

与之相比，氢化物超导可通过已知的金属基超导机制的BCS理论很好地解释。氢化硫和氢化镧的发现正是基于相同理论的预测。

预测方法也在不断改进。目前，正在使用模仿生命进化机制的“遗传算法”，以及从鸟群寻找食物的行为中发现“粒子群优化算法”等方法，来探索潜在的超导材料。去年，中国的一个研究小组发表的论文，预测473K（200℃）的超高温下存在超导氢化物，成为热门话题。

关于氢化物超导性与压力之间的关系，今年取得了重要理论发现。为何氢化镧能在约137万个大气压下稳定存在仍是一个未解之谜，这比最初的预期低了近100万个大气压。有田教授等人通过理论研究，认为该物质处于一种被称为“量子固体”的特殊状态，从而解决了这一问题。量子固体被认为是研究氢化物超导性的关键词之一。

氢化镧的晶体结构。在一个由氢原子编织的笼状结构（浅蓝色球体）中包含一个镧原子（大绿色球体）

另一方面，氢化物的超导实验比氧化物基超导要困难得多。氧化物超导可以通过在研钵中混合材料并烘烤得以实现，而氢化物超导则需要一种称为金刚石压砧的特殊装置，该装置可实现超高压。将两颗磨砂钵型的钻石相对放置，将原材料置于它们之间，并用强力压紧钻石从而实现超高压。在这种状态下，使用激光照射加热材料，并且通过X射线照射观察材料的晶体结构，需要高度的技术能力。

因此，世界上很少有研究小组能够进行氢化物超导实验。在日本，大阪大学的清水克哉教授等人与一个德国小组合作，共同揭示了氢化硫的晶体结构，引发关注。作为其对手，美国和德国的实验研究小组发现了氢化镧。

理论预测是寻找具有高转变温度的材料过程中的指导方针，但同时清水教授也表示：“我不知道应在何种温度和压力条件下制备该物质。仍然必须通过反复试验才能找到。”由于金刚石压砧也用于探索地心的研究，因此希望与此类实验小组加强合作，发现新型高温超导材料。

氢化镧：实现高温超导的突破口，有望降低磁悬浮列车等的成本