【科学强国】室温超导，能实现吗？

　　3月8日，赌城美国拉斯维加斯，一场专业的学术报告，瞬间让物理学界沸腾了。这场报告来自美国罗切斯特大学的朗加·迪亚斯（Ranga Dias）团队。他们宣布，新材料在约21℃的室温条件下，加压到1万个标准大气压就会出现超导现象。

迪亚斯团队的论文。图源：《自然》杂志

　　消息发布后，在全球引起轩然大波。由于该团队在2020年10月发表的一篇同题论文受到质疑，最终导致《自然》杂志撤稿，这表明该团队的最新研究成果将面临更为严格的审查。

　　发现“室温超导”新材料

　　长期以来，寻找一种可以在环境条件下超导的材料一直是材料学研究的焦点。但自从1911年发现超导性以来，科学界一直未能破解室温超导性的密码。

　　资料显示，超导体是指在特定温度下可实现电阻为零的导体，是一种比常规导体更为优越的无损耗导电材料。电流流经超导体，既不会发热，也不会出现压降，因此电流可以无衰减地在超导体中流动。现有超导材料大多需要在极低温度下才能工作，这大大限制了其大规模应用。

　　2023年3月8日，一则“大新闻”同时点爆了科技界和金融界的敏感神经。来自美国罗切斯特大学的朗加·迪亚斯（Ranga Dias）等人在美国物理学会三月会议上宣布发现“近常压室温超导”材料，一种由镥-氮-氢（Lu-N-H）构成的三元化合物，在1万个大气压下（1GPa或10 kbar）可以实现最高温度为294K（即21°C）的超导电性。

　　当时，迪亚斯博士所在的小小报告厅挤满了全球物理界的大咖。在近15分钟演讲中，迪亚斯反复对室温超导进行详细讲述。

　　3月9日，英国《自然》杂志（Nature）同步上线了Dias团队的论文，题目为“Evidence of near-ambient superconductivity in a N-doped lutetium hydride（氮掺杂镥氢化物中近常压超导电性证据）”。论文坦言，尽管这一研究结果超乎想象，但还需要进一步的实验和模拟来了解材料的超导状态。

　　争议缠身的迪亚斯

　　朗加 · 迪亚斯（Ranga Dias）图源：罗彻斯特大学官网

　　Ranga Dias，2006年获得科伦坡大学学士学位，2013年获得华盛顿州立大学博士学位。现为美国罗切斯特大学助理教授。

　　事实上，这不是迪亚斯第一次在《自然》杂志上发表室温超导研究了。

　　2017年，迪亚斯宣布发现了金属氢，但因为后来在实验中操作失误，氢泄漏导致金刚石爆炸，无法再做实验，也就再无后续。

　　2020年，迪亚斯宣布一种由氢-硫-碳3种元素组成的新材料可以实现室温超导（15℃，267GPa）。尽管压力条件相较此次给出的结果距离实际应用更远，但作为 " 首个室温超导成果 "，这项研究轰动了学界，还登上了《自然》杂志封面。

　　然而，经历了前后2年的时间争议，相关作者最终没有拿出令人信服的证据，业界没有人能够重复出他们的结果。Nature编辑部于2022年9月26日做出了撤稿决定。

迪亚斯团队的论文曾被撤稿。图源：《自然》杂志

　　因为这些“前车之鉴”，科学家对这次轰动性的最新结果表示“尚存疑虑”。

　　瑞士日内瓦大学凝聚态物理学家范德马雷尔（Dirk van der Marel）是致使迪亚斯团队上个“室温超导”研究被撤稿的人之一。而此次迪亚斯发布“近常压室温超导材料”时，范德马雷尔也在报告厅中听完了迪亚斯的演讲，对此他公开表示鉴于迪亚斯团队有被《自然》撤稿的情况，由一个独立的小组对LuH2（氢化镥）的新发现进行复现将比以往任何时候都更为重要。

　　Nature于同期发表News&Views文章“Hopes raised for room-temperature superconductivity, but doubts remain（室温超导电性燃起新希望，但质疑仍然存在）”。他们的文章指出，与之前的富氢超导化合物相比，论文样品的氢含量相对较少。如果氮掺杂确实是超导状态的部分原因，那么它在实现如此高的转变温度方面的作用还有待确定。

　　中国科学院上海微系统与信息技术研究所研究员、超导电子学实验室主任尤立星表示，迪亚斯得到的结果还需要进一步确认，“即使确认了，一万个大气压的高压还是没法直接应用，材料还需要进一步改进，距离真正应用还很遥远。”

　　超导的应用价值

　　超导材料有零电阻和完全抗磁性两个特性，可应用在可控核聚变、电力输送、交通运输、医学成像等多个领域。

　　如果我们的电线都采用超导体，那就不会存在能量衰减。我们现阶段使用的特高压输电技术，其实就是提高输电线的电压，来尽可能降低能量损耗，可如果使用了超导电线，将完全不存在这个问题，将彻底改写整个行业，可以直接以市电电压传输电力，完全不需要变电站，甚至或许可以直接使用直流电。

　　但是，由于超导Tc（超导转变温度，指超导体由正常态进入超导态的温度）的限制，这一设想完全无法实现，我们现在发现的绝大部分超导体Tc都在77K（-196℃）以下，这是液氮的沸点，Tc在这之下的超导体大部分时候是使用更加昂贵的液氦制冷来使其进入超导态，只有少部分铜基超导体Tc达到了77K之上，可以使用液氮制冷来使其进入超导态。

　　并且，迪亚斯论文里提到的“近常压”（10 kbar）其实离我们熟悉的常压（1 bar，即1个大气压）还很远，事实上，一万个大气压，比世界上最深的马里亚纳海沟的压力还要强上十倍，如此高的压力，如何方便规模化产业应用？面对产业应用达到吨量级的产量，就是一条无法逾越的鸿沟。

　　不过，对超导材料进行突破仍然有着极其深远的科学意义。比如，超导体在日常生活中已经有了应用，医院的核磁共振设备便采用了超导体，这就涉及了超导体的另一重大应用方向，即产生大磁场。

　　如果我们真的可以发现常压下的室温超导，那将使整个人类社会产生重大改变，我们现有的科技可能面临颠覆，能源问题得到重大缓解，对整个人类都具有重大进步意义。

　　根据罗切斯特大学官方网站消息，迪亚斯表示，通往超导消费电子产品、能量传输线、运输以及聚变磁约束的重大改进的途径现在已成为现实，“我们相信我们现在正处于现代超导时代。”

　　（中国小康网综合中国科学报、每日经济新闻、中国经济网、科普中国、百度百科等）

　　来源：中国小康网

　　作者：风华

　　审核：龚紫陌