汞（Hg），又称水银，是一种应用广泛的金属。然而，它有着许多非常不同寻常的性质，比如它是唯一一种在室温下处于液态的金属。对许多物理学家来说，它的另一个“身份”更令人着迷——它是第一个已知的超导材料。1911年，物理学家海克·卡末林·昂内斯（Heike Kamerlingh Onnes）发现固体汞具有超导特性。
在研究汞的电学效应时，他用液氦将一根汞线冷却到4K（-269℃，比绝对零度高4度）左右，这时他观察到：汞的电阻突降为零，电流在没有任何热损耗的情况下不间断地流动。
1957年，物理学家巴丁（John Bardeen）、库珀（Leon Cooper）和施里弗（Robert Schrieffer）提出了可以阐明这种“低温超导”现象的理论，表明在低温环境下，移动的电子在超导体中会形成一对一对的电子对，即所谓的“库珀对”，这些库珀对在晶格中可以无损耗运动，形成超导电流。
虽然汞自发现以来就被归类为常规超导体，但一直以来，它的行为从未得到充分解释，其临界温度也从未得到准确预测。现在，意大利拉奎拉大学的一个理论物理学家团队终于为它的超导性提供了完整的微观理解。在近期发表在《物理评论B》的研究中，利用现代第一性原理计算方法，研究人员揭示了汞最后剩下的秘密。
他们发现，汞的电子和晶格性质中存在许多异常，并计算出了汞发生超导时的理论临界温度，填补了这一信息在凝聚态教科书中的空白。
在新的研究工作中，研究人员的工始于一个反事实的思路：如果昂内斯没有在1911年发现汞中的超导性，那么能否用现有的最先进的计算技术，预测它的存在？为了回答这个问题，他们使用了一种被称为超导密度泛函理论（DFT）的方法，这种方法可以成功描述现实世界中大多数材料的超导性。
利用这种方法，研究人员仔细分析了与常规超导有关的所有物理性质，发现汞的超导性是由一系列现象共同促进的。这些现象包括材料晶体结构中不寻常的相关效应；会改变声子（晶格的振动）频率的电子结构的相对论修正；电子间的剩余库仑斥力的异常重整化。
这是具有历史性的重要意义的工作，它让研究人员深刻地意识到，虽然汞有着看似简单的结构和化学性质，但它实际上可能是最复杂的超导体之一。
在昂内斯发现汞的超导性的111年后，物理学家终于知道了在最早发现的超导体中起作用的微观机制，并确定了它的临界温度。对汞的超导性的新理解将被写进教科书中，也将为超导研究提供宝贵的信息。这样的认知只能通过“高通量”计算才能实现。利用这种计算，科学家们可以筛选出数百万种理论材料，从而有可能挑选出那些在接近室温的环境条件下具有常规超导性的潜在材料。