学霸的模拟器系统 第368节

　　这是铁基超导的心脏。

　　只有当这个四面体被压扁到一定程度，铁原子的d轨道电子才能完美重叠，形成巡游电子，进而通过自旋涨落配对。

　　钐的化学内压（Chemical Pressure）虽然有用，但还不够“硬”。

　　需要再给它一个外力。

　　“赵老，我有个办法，可以试一试。”

　　林允宁眨了眨眼睛，抛出了一个新想法。

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第266章 元素周期表上的豪赌（求订阅求月票）

　　“什么办法？”

　　电话那头，赵振华的声音猛地提了起来，像溺水的人抓住了稻草。

　　“赵老，既然常压下氟原子挤不进去，那我们就下点猛药。”

　　林允宁的声音通过海底光缆传到BJ，带着不容置疑的冷静，“用高压合成（High-Pressure Synthesis）。

　　“钐（Sm）的离子半径比镧（La）小，这本身就给晶格施加了一种‘化学压力’。但这还不够。在常压烧结下，氟原子很难均匀地替换氧原子，它们更倾向于生成弗氟化钐（SmOF）杂相，这就是那个电阻尾巴的来源。

　　“我们需要外力。用六面顶压机，把压力打到3万个大气压以上。在那种极端环境下，晶格常数会被强行压缩，杂相的生成焓变高，氟原子除了钻进氧位，别无去处。”

　　电话那头的赵振华沉默了片刻。

　　作为老一辈的物理学家，他当然知道高压合成的威力。

　　但在超导材料制备中，高压通常是“核武器”级别的手段——

　　成本高，样品量极小，且参数窗口极窄，稍有不慎就会炸炉或者压出一堆废料。

　　“高压确实是条路子……”

　　赵振华的声音有些迟疑，“物理所那边确实有几台六面顶压机。但是允宁，这就像是在高压锅里炼丹，压力、温度、保温时间，这三个参数稍微偏一点，出来的就是一堆陶瓷渣子。

　　“离日本人发布成果只剩不到三周了。如果我们现在开始从头摸索工艺参数，时间上恐怕来不及。这无异于一场赌博。”

　　“这个我来想办法。”

　　林允宁看着电脑屏幕上那张晶体结构图，嘴角微微上扬，“赵老，您负责准备靶材和设备。具体的合成曲线——压力（P）、温度（T）和保温时间（t），我来算。

　　“给我四十八小时。我会给您一个尽可能小的坐标范围。”

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　　挂断电话，林允宁并没有立刻开始计算。

　　他站起身，给自己冲了一杯特浓的速溶咖啡，然后走到办公室的落地窗前，看着芝加哥凌晨漆黑的夜空。

　　脑海中，那张元素周期表正在疯狂旋转。

　　让赵振华院士去用那几百万一台的六面顶压机“赌博”，光靠一句“相信我的直觉”肯定是不够的。

　　科学界不相信玄学，只相信数据。

　　如果不能拿出令人信服的理论计算依据，证明在一定的压力下确实能改变微观结构，中科院物理所和超导国家重点实验室凭什么要为一个年轻人的突发奇想买单？

　　“我需要证据。不是实验证据，是算出来的证据。”

　　林允宁拉上百叶窗，锁好门，重新坐回电脑前。

　　他深吸一口气，意识瞬间下沉。

　　【学霸模拟器启动。】

　　【当前课题：SmFeAsO体系中晶格参数随压力演化的DFT（密度泛函理论）计算与超导临界温度预测。】

　　【注入模拟时长：200小时。】

　　现实世界的时间仿佛凝固，但在纯白的意识空间里，无数个原子正在林允宁的意念操控下重新排列。

　　他不需要做真实的实验，他要在这里推演出那个“完美晶格”的数学解。

　　【第10小时：你构建了钐氧铁砷（SmFeAsO）的初始晶胞模型。你发现，在常压下，由于钐离子半径较小，虽然产生了化学内压，但Fe-As（铁-砷）四面体依然是被“拉长”的。】

　　【第50小时：关键参数锁定。你注意到超导临界温度（Tc）与一个几何参数高度相关——As-Fe-As的键角。在这个四面体中，完美的键角应该是109.47度。但在常压下，这个角度只有107度左右。这种畸变导致了磁性涨落的某种“卡顿”。】

　　【第100小时：你开始施加虚拟的物理压力。1 GPa... 2 GPa...晶格开始压缩。你利用GGA（广义梯度近似）泛函计算每一级压力下的电子态密度（DOS）。】

　　【第150小时：转折点出现。当压力模拟至4.0 GPa时，你惊讶地发现，Fe-As四面体正在被“压扁”，那个键角正在逼近完美的109.47度！与此同时，费米面上的态密度（DOS）出现了一个尖峰，这意味着超导配对的几率大幅增加。】

　　【第190小时：你进一步计算了高压下氟（F）原子的掺杂能。你发现，在4.5 GPa的压力环境下，氟原子进入氧位的形成能（Formation Energy）显著降低，而生成杂相SmOF的势垒却变高了。这意味着，高压不仅优化了结构，还强行把氟原子“按”进了正确的位置。】

　　【第200小时：结论生成。最佳压力窗口：4.2 GPa - 4.8 GPa。在此区间内，结构最接近完美四面体，且掺杂最均匀。】

　　【模拟结束。】

　　林允宁猛地睁开眼。

　　现实中仅仅过去了一瞬，但他感觉大脑像是在跑马拉松一样疲惫，太阳穴突突直跳。

　　他顾不上休息，抓起键盘，一边用DFT进行模拟，一边撰写那份至关重要的理论报告。

　　这一次，不再是只有干巴巴的参数。

　　屏幕上，一行行密集的公式和图表流淌而出：

　　《基于第一性原理的SmFeAsO高压合成相图预测》

　　“图1：Fe-As-Fe键角随外部压力变化的曲线。注意在4.5 GPa处，键角达到109.45°，与理想四面体结构（109.47°）几乎重合。”

　　“图2：不同压力下氟掺杂的形成能计算。高压环境抑制了相分离，使得体相超导成为可能。”

　　“图3：自旋涨落谱权重的压力依赖性……”

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　　时间一分一秒流逝。

　　第二天，深夜。

　　所有的计算都已经完成。

　　写完最后一行结论，林允宁长出了一口气。

　　这不仅是一份操作指南，更是一份理论判决书。

　　它告诉国内的团队：为什么一定要加压？因为只有把那个四面体压到完美的形状，上帝才会把超导的开关打开。

　　点击发送。

　　加密邮件化作数据流，飞向了大洋彼岸。

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　　BJ，中科院物理所。

　　窗外是灰蒙蒙的雾霾天，但超导国家重点实验室里却灯火通明。

　　赵振华院士坐在办公桌前，电脑屏幕的荧光映照着他那张满是皱纹的脸。

　　他手里拿着刚打印出来的报告，翻页的手微微有些颤抖。

　　旁边站着几个实验室的骨干研究员，其中负责高压合成的李研究员一脸凝重。

　　“4.5个GPa……”

　　李研究员看着报告上的数据，咽了口唾沫，“赵老师，这可是要在1100度的高温下维持4.5万个大气压。咱们那台国产的六面顶压机虽然标称能到5 GPa，但那是在常温下。高温高压双极限，顶锤很容易崩，一旦炸膛，那可是几十万的损失。”

　　“你看这里。”

　　赵振华没有理会他的担忧，而是指着报告上的第一张图，“允宁算出来了。常压下，咱们的样品之所以电阻不归零，是因为Fe-As四面体是畸变的。

　　“你看这个键角，107度。

　　“在这个角度下，铁的d轨道重叠不够，自旋涨落传不过去，电子配对就断了。

　　“但是只要压到4.5 GPa……”

　　赵振华的手指在那条曲线上重重一划，划到了那个完美的109.45度，“结构就完美了。这不仅仅是掺杂的问题，这是几何结构决定物理性质的铁证！”

　　他摘下老花镜，揉了揉发红的眼睛，声音里透着一股前所未有的坚定：

　　“这小子，不是在瞎猜。他是真的算明白了。

　　“既然理论已经把路指到了这一步，如果我们连试都不敢试，那还搞什么科研？还谈什么领先世界？”

　　赵振华站起身，把报告拍在李研究员的怀里：

　　“别心疼顶锤了。那是硬质合金，不是娘们的绣花针。

　　“立刻备料。按照允宁给的曲线，前驱体先在手套箱里预处理，然后上高压。

　　“出了问题，我负责。

　　“开机！”

　　随着一声令下，实验室里沉寂已久的六面顶压机发出了低沉的液压轰鸣声。

　　六个巨大的液压缸像六只钢铁巨手，缓缓向中心合拢。

　　在那个只有指甲盖大小的叶蜡石组装块里，一场只有在地球深处才会发生的剧烈变革正在上演。