全球快資訊：21℃室溫超導(dǎo)出現(xiàn)了？專家：細(xì)節(jié)存疑

3月8日，賭城美國(guó)拉斯維加斯，一場(chǎng)專業(yè)的學(xué)術(shù)報(bào)告，瞬間讓物理學(xué)界沸騰了。

接下來(lái)，廣大股民和投資人或許要紛紛熬夜，學(xué)習(xí)一個(gè)他們完全陌生的領(lǐng)域——室溫超導(dǎo)。

這場(chǎng)報(bào)告來(lái)自美國(guó)羅切斯特大學(xué)的朗加·迪亞斯（Ranga Dias）團(tuán)隊(duì)。他們宣布：新材料在約21℃的室溫條件下，加壓到1萬(wàn)個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓就會(huì)出現(xiàn)超導(dǎo)現(xiàn)象。

如果是真的，這將意味著，科學(xué)家追尋80多年的室溫超導(dǎo)被發(fā)現(xiàn)了。

當(dāng)天在拉斯維加斯，開(kāi)的是一年一度的國(guó)際物理學(xué)盛會(huì)——美國(guó)三月會(huì)議。宣布這一最新成果的報(bào)告廳外，擠滿了各路物理學(xué)“大?！保捎诂F(xiàn)場(chǎng)過(guò)于火爆，保安不得不一直“驅(qū)趕”人群，據(jù)稱好幾個(gè)“大?！鄙踔廖茨軘D入會(huì)場(chǎng)。

小小報(bào)告廳里更是人滿為患。雖然無(wú)緣現(xiàn)場(chǎng)見(jiàn)證熱鬧情形，但《中國(guó)科學(xué)報(bào)》獨(dú)家專訪了受《自然》邀請(qǐng)、對(duì)迪亞斯最新研究撰寫(xiě)評(píng)論文章的我國(guó)學(xué)者。

爭(zhēng)議纏身的朗加·迪亞斯

3月8日凌晨，迪亞斯的這一最新成果在《自然》雜志發(fā)表。事實(shí)上，這不是迪亞斯第一次在《自然》上發(fā)表室溫超導(dǎo)研究了。

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物理學(xué)家朗加·迪亞斯說(shuō)，他發(fā)現(xiàn)了一種在室溫和相對(duì)低壓下的超導(dǎo)材料。

（圖片來(lái)源：羅切斯特大學(xué)）

而關(guān)于他的爭(zhēng)議，也一直沒(méi)有消停過(guò)。

2017年，迪亞斯宣布發(fā)現(xiàn)了金屬氫，但因?yàn)楹髞?lái)在實(shí)驗(yàn)中操作失誤，氫泄漏導(dǎo)致金剛石爆炸，無(wú)法再做實(shí)驗(yàn)，也就再無(wú)后續(xù)。

2020年，迪亞斯宣布一種由氫-硫-碳3種元素組成的新材料可以實(shí)現(xiàn)室溫超導(dǎo)（15℃，267GPa）。盡管壓力條件相較此次給出的結(jié)果距離實(shí)際應(yīng)用更遠(yuǎn)，但作為“首個(gè)室溫超導(dǎo)成果”，這項(xiàng)研究轟動(dòng)了學(xué)界，還登上了《自然》封面。

他們將一種碳?xì)淞蚧旌衔锓湃雰蓚€(gè)金剛石尖間切好的微腔中，用激光激發(fā)樣品發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，并觀察到一個(gè)化合物形成。隨著他們不斷將實(shí)驗(yàn)溫度降低，穿過(guò)材料的電流電阻降到了零，顯示該樣品已經(jīng)具有超導(dǎo)性。隨后，他們開(kāi)始增加壓強(qiáng)，發(fā)現(xiàn)這種轉(zhuǎn)變會(huì)在越來(lái)越高的溫度下出現(xiàn)。

不過(guò)，《自然》雜志后來(lái)還是不顧論文作者的反對(duì)，單方面撤回了這篇論文，理由是研究人員在數(shù)據(jù)處理方面存在違規(guī)行為，這削弱了編輯對(duì)這些研究結(jié)果的信心。

因?yàn)檫@些“前車(chē)之鑒”，科學(xué)家對(duì)這次轟動(dòng)性的最新結(jié)果表示“尚存疑慮”。

仍需要重復(fù)實(shí)驗(yàn)才能確認(rèn)

3月9日，受《自然》邀請(qǐng)，中國(guó)科學(xué)院物理研究所研究員靳常青和美國(guó)伊利諾伊大學(xué)香檳分校的戴維·塞珀利配發(fā)了評(píng)論文章《對(duì)室溫超導(dǎo)性抱有希望，但仍存在疑慮》。

他們的文章指出，與之前的富氫超導(dǎo)化合物相比，論文樣品的氫含量相對(duì)較少。如果氮摻雜確實(shí)是超導(dǎo)狀態(tài)的部分原因，那么它在實(shí)現(xiàn)如此高的轉(zhuǎn)變溫度方面的作用還有待確定。

靳常青對(duì)《中國(guó)科學(xué)報(bào)》表示：“迪亞斯的論文看起來(lái)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)很全面，但能不能經(jīng)得起推敲仍然存疑。第三方能否獨(dú)立重復(fù)他們的實(shí)驗(yàn)至關(guān)重要。此外，已有理論能否對(duì)他們宣稱的發(fā)現(xiàn)給予合理解釋，也需要進(jìn)一步研究?！?/p>

新發(fā)現(xiàn)的究竟是一種怎樣的材料？

迪亞斯介紹，這種由镥-氮-氫 （Lu-N-H）構(gòu)成的材料，能在21℃（294K）的溫度下、1GPa的壓力下實(shí)現(xiàn)超導(dǎo)。

這一材料之所以受人關(guān)注，是因?yàn)閷?shí)現(xiàn)條件“令人振奮”。畢竟，合成金剛石都需要幾個(gè)GPa壓強(qiáng)和1000多攝氏度的高溫。

當(dāng)然，1GPa也不可小覷，它約是大氣壓強(qiáng)的1萬(wàn)倍。盡管條件已經(jīng)遠(yuǎn)低于先前室溫超導(dǎo)所需的數(shù)百萬(wàn)個(gè)大氣壓，但迪亞斯在論文中也提到，成功率只有30%。

靳常青認(rèn)為，能夠驗(yàn)證超導(dǎo)的幾個(gè)主要特征，包括零電阻、抗磁性、比熱跳變、IV曲線變化等，迪亞斯的論文都涵蓋了?！八詮膶?shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)看，找不出太大的毛病，這也許是《自然》接收論文的一個(gè)原因?！?/p>

按照迪亞斯的論文，整個(gè)實(shí)驗(yàn)分為兩步：第一步先合成出初樣，第二步是加壓測(cè)試樣品的性質(zhì)。不過(guò)在合成樣品階段，很多關(guān)鍵細(xì)節(jié)并不清晰。

在靳常青看來(lái)，主要有幾個(gè)細(xì)節(jié)存疑。

第一，合成樣品結(jié)構(gòu)不清楚。1GPa的壓力比較低，所以樣品量可以做得比較多，應(yīng)該可以精確表征結(jié)構(gòu)，但是不知道為何迪亞斯沒(méi)有做。

第二，氫的含量太低。按照迪亞斯的“镥-氮-氫”模型，氫的含量低，镥：氫摩爾比不到3。而在之前發(fā)現(xiàn)的富氫超導(dǎo)體里，氫的摩爾占比為6～10甚至更高。

第三，如果迪亞斯的工作是對(duì)的，按照他們提供的基本結(jié)構(gòu)模型，氫原子之間的距離很遠(yuǎn)，難以實(shí)現(xiàn)直接相互作用，這對(duì)理論研究提出了一個(gè)問(wèn)題。

值得關(guān)注的是，此次迪亞斯合成的镥-氮-氫 材料與以往不同。超導(dǎo)科普作家、中國(guó)科學(xué)院物理研究所研究員羅會(huì)仟告訴《中國(guó)科學(xué)報(bào)》，大多數(shù)情況下，臨界溫度比較高的超導(dǎo)體材料都呈現(xiàn)黑色，而迪亞斯所展示的圖片是藍(lán)色，材料加壓后變成了粉色，然后變成了紅色。但為何不一樣，迪亞斯尚無(wú)法回答。在高壓下，材料能夠出現(xiàn)的結(jié)構(gòu)種類很多，最終還要靠實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)。

前景誘人但不宜盲目樂(lè)觀

室溫超導(dǎo)在磁懸浮、城市電網(wǎng)、核磁共振等方面有著廣闊的應(yīng)用前景，找到室溫超導(dǎo)材料，是全世界物理學(xué)家長(zhǎng)久以來(lái)的夢(mèng)想。

但直到1957年，才有了第一個(gè)真正能描述超導(dǎo)現(xiàn)象的微觀理論——BCS理論。該理論由美國(guó)科學(xué)家基于“電子-聲子相互作用”建立。

如何判斷超導(dǎo)？一個(gè)是零電阻效應(yīng)，當(dāng)溫度下降到某一特定值時(shí)，材料的電阻突然下降為零，這個(gè)特性可以承載大電流而不發(fā)熱。

另一個(gè)是完全抗磁性，又稱邁斯納效應(yīng)，即磁場(chǎng)不能穿越超導(dǎo)體內(nèi)部，這種特性的最大用途是磁懸浮。

事實(shí)上，在迪亞斯的研究發(fā)現(xiàn)之前，硫化氫、氫化鑭等氫化合物已被發(fā)現(xiàn)是室溫超導(dǎo)體，但無(wú)一例外，它們均需要極高壓強(qiáng)以及復(fù)雜的制備過(guò)程，加之金剛石成本高、實(shí)驗(yàn)中稍有不慎即破碎，應(yīng)用情況始終不盡如人意。

商用方面，迪亞斯等人創(chuàng)建了一家名為“非凡材料”的公司，以盡快將室溫超導(dǎo)材料商業(yè)化。

“無(wú)論機(jī)制如何，常溫常壓條件下的超導(dǎo)材料的前景都是誘人的。例如，超導(dǎo)材料可以制造出強(qiáng)大的磁體，用于磁共振成像（MRI）。MRI技術(shù)自半個(gè)世紀(jì)前首次出現(xiàn)以來(lái)，對(duì)醫(yī)學(xué)診斷產(chǎn)生了深遠(yuǎn)影響。這種材料也可以用于磁懸浮，研發(fā)出高速穩(wěn)定的超導(dǎo)磁懸浮列車(chē)。因此，新的氫化合物有望使這些技術(shù)更接近現(xiàn)實(shí)。”靳常青和塞珀利共同表示。

“建議大家不要盲目樂(lè)觀?！绷_會(huì)仟告訴《中國(guó)科學(xué)報(bào)》，目前，雖然金屬氫化物超導(dǎo)材料的臨界溫度提高了，但還需要高壓合成測(cè)量等技術(shù)，產(chǎn)量低且成本高，很難實(shí)現(xiàn)大規(guī)模應(yīng)用。只有未來(lái)實(shí)現(xiàn)了室溫超導(dǎo)的工業(yè)化量產(chǎn)，才能處處見(jiàn)到超導(dǎo)體。

相關(guān)論文信息：

https://www.nature.com/articles/s41586-023-05742-0

https://www.nature.com/articles/d41586-023-00599-9