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來源：鈦媒體作者：林志佳

繼核聚變、ChatGPT之后，“室溫超導(dǎo)”領(lǐng)域迎來新的技術(shù)突破。

據(jù)美國物理學(xué)會（APS）網(wǎng)站顯示，美國羅切斯特大學(xué)助理教授、哈佛大學(xué)物理系研究員、凝聚態(tài)物理學(xué)家迪亞茲（Ranga Dias）在當(dāng)?shù)貢r間3月7日舉行的“靜態(tài)超導(dǎo)實驗”報告會議上公布了一份最新研究成果：

【資料圖】

迪亞茲團(tuán)隊通過實驗，創(chuàng)造出了一種在室溫和相對較低壓力的可在實際條件（Practical conditions）下工作的“超導(dǎo)體”。該超導(dǎo)體由氫、氮和镥（Lu-N-H）三種金屬元素材料混合、放置在“金剛石壓砧”裝置中加壓，在約21℃溫度下、以及1萬個標(biāo)準(zhǔn)大氣壓的壓力下進(jìn)入超導(dǎo)狀態(tài)，失去了對電流的阻力，從而實現(xiàn)這種新型超導(dǎo)體在室溫環(huán)境中應(yīng)用的可能。（注：人類已經(jīng)可以在5-6萬個大氣壓下合成鉆石）

同時，3月9日凌晨，該研究成果發(fā)表在英國《自然》雜志上，題目為《N 摻雜氫化镥中近環(huán)境超導(dǎo)性的證據(jù)》。時間戳顯示，這篇論文在2022年8月投出，今年1月18日被Nature接收。

這意味著，未來在常規(guī)條件下，這種“超導(dǎo)體”有望應(yīng)用于飛行器、量子計算機(jī)、磁懸浮交通、超導(dǎo)醫(yī)療、核聚變反應(yīng)堆“磁封閉體”、超導(dǎo)重力模擬等諸多場景中。人類向著長久以來希望創(chuàng)造出具有最優(yōu)效率電力系統(tǒng)的目標(biāo)又邁近了一步。

可以預(yù)見，一旦常溫超導(dǎo)體技術(shù)成熟應(yīng)用，一個高效率機(jī)器、超靈敏儀器和革命性電子產(chǎn)品的新技術(shù)時代即將到來，屆時或?qū)⒁l(fā)一場新的能源革命。

該消息傳開，全球都在熱議，相關(guān)問題已直接沖上知乎熱搜第一，Reddit話題熱度也在攀升。

“這是可用于實際應(yīng)用的新型材料的開端，”迪亞茲表示，這將是一項重塑21世紀(jì)的革命性技術(shù)。有了這種技術(shù)，人類就將進(jìn)入一個超導(dǎo)社會，你將不再需要電池之類的東西，這些材料“絕對可以改變我們所知道的世界”。

不過，由于該團(tuán)隊在2020年10月發(fā)表的一篇類似論文受到質(zhì)疑，最終導(dǎo)致英國《自然》雜志撤稿，這表明迪亞茲的這一新研究成果仍可能將面臨學(xué)術(shù)界人士的質(zhì)疑。美國雙周刊科學(xué)雜志ScienceNews認(rèn)為，這項研究可能會面受到非常嚴(yán)格的審查。

隨后，迪亞茲（Ranga Dias）3月9日對媒體表示，已多次重復(fù)實驗，有信心過審，對其團(tuán)隊此次的全新發(fā)現(xiàn)充滿信心，但他同時還指出，“要將我們對室溫超導(dǎo)新材料的發(fā)現(xiàn)應(yīng)用到任何規(guī)模的現(xiàn)實世界中，還需要幾年的艱苦工作?！?/p>

一位國內(nèi)的大學(xué)物理教授王利（化名）告訴鈦媒體App，這個實驗結(jié)果對于凝聚態(tài)物理的意義遠(yuǎn)大于超導(dǎo)實用技術(shù)，它發(fā)現(xiàn)了個新的途徑去尋找高溫超導(dǎo)材料。另一位行業(yè)人士稱，“高壓常溫超導(dǎo)很難商業(yè)化”。

從資本市場看，截至發(fā)稿前，“超導(dǎo)”板塊個股集體高開。永鼎股份、百利電氣、法爾勝一字漲停，寶勝股份、西部超導(dǎo)、西部材料漲超5%，東方坦業(yè)、聯(lián)創(chuàng)光電、漢纜股份等跟漲。

那么，美國科學(xué)家團(tuán)隊重提“室溫超導(dǎo)”，這回能獲科學(xué)界認(rèn)可嗎？

一個多世紀(jì)以來，室溫超導(dǎo)一直是材料科學(xué)領(lǐng)域的研究熱點。

從字面意思上，超導(dǎo)就是超級導(dǎo)電之意。

根據(jù)導(dǎo)電性能，可以將物質(zhì)分為導(dǎo)體、半導(dǎo)體和絕緣體。其中在導(dǎo)體中，存在大量可以自由移動的帶電粒子，它們可以在外電場的作用下自由移動，形成電流。

超導(dǎo)體是在一定溫度（定義為超導(dǎo)臨界溫度）之下電阻為零。盡管嚴(yán)格意義上的零電阻無法測量出來，但多個實驗表明，超導(dǎo)材料的電阻率要比導(dǎo)電性最好的金屬如銀、銅、金、鋁等要整整低了10個數(shù)量級。

這意味著，在閉合超導(dǎo)線圈中感應(yīng)出1A的電流，需要近一千億年才能衰減掉，比我們宇宙的年齡138億年還要長。因此，我們有充分的理由認(rèn)為超導(dǎo)態(tài)下電阻為零。

1911年，荷蘭物理學(xué)家?？恕た帧ぐ耗崴梗℉eike Kamerlingh Onnes）發(fā)現(xiàn)，把汞冷卻到-269攝氏度時電阻會突然消失，電子會在其中無阻礙地運動。后來，他又注意到許多金屬和合金都具有與汞相類似的特性，他將這種特殊的導(dǎo)電性能稱之為“超導(dǎo)態(tài)”——這是人類首次發(fā)現(xiàn)超導(dǎo)現(xiàn)象。

昂尼斯因研究物質(zhì)在低溫下的性質(zhì)，并制出液態(tài)氦而榮獲1913年諾貝爾物理學(xué)獎。

此后的一個多世紀(jì)中，新的超導(dǎo)材料相繼被發(fā)現(xiàn)，一波接一波沖擊更高的超導(dǎo)臨界轉(zhuǎn)變溫度，每次發(fā)現(xiàn)都推動著科學(xué)家投身相關(guān)的研究熱潮：

1957年，第一個真正能描述超導(dǎo)現(xiàn)象的BCS理論誕生，由美國科學(xué)家John Bardeen、Leon Cooper和John Schrieffer基于“波粒二象性”建立。他們認(rèn)為，金屬外層自由電子在有電壓時，會流經(jīng)晶格點陣形成電流，但通常情況下，這種晶格點陣有缺陷，會因熱振動使電流產(chǎn)生阻礙；

1986年，瑞士蘇黎世IBM公司的柏諾茲和繆勒在銅氧化物體系發(fā)現(xiàn)了35K的超導(dǎo)；

2008年2月，日本科學(xué)家發(fā)現(xiàn)鐵砷化物體系中存在26K的超導(dǎo)電性；

在中國科學(xué)家的努力下，這類材料的超導(dǎo)臨界溫度很快就突破了40K，在塊體材料中實現(xiàn)了55K的高溫超導(dǎo)電性。而高于40K以上的超導(dǎo)體又被稱之為高溫超導(dǎo)體，銅氧化物和鐵基超導(dǎo)體，是目前發(fā)現(xiàn)了僅有的兩大高溫超導(dǎo)家族。

2016年，英國愛丁堡大學(xué)E. Gregoryanz等人在325 GPa獲得了氫的一種 “新固態(tài)”，認(rèn)為可能是金屬氫，論文發(fā)表在《自然》雜志。

同年6月，德國科學(xué)家在arXiv貼出了關(guān)于石墨晶體中存在350K超導(dǎo)跡象的論文，樣品來自巴西某礦產(chǎn)的石墨晶體。但理論上，石墨烯中是否存在室溫超導(dǎo)電性，一直以來是爭議的一個焦點之一，而論文的“超導(dǎo)證據(jù)”只是電阻在350K存在一個輕微的下降，并會響應(yīng)磁場的變化，專家認(rèn)為這可能和超導(dǎo)關(guān)系不大。

2017年，美國哈佛大學(xué)研究團(tuán)隊宣布在495 GPa下實現(xiàn)了金屬氫，他們觀測氫在壓力不斷增加過程中，從透明氫分子固體，到黑色不透明的半導(dǎo)體氫，最終到具有金屬反光的金屬氫，論文發(fā)表在《科學(xué)》雜志。

嚴(yán)格來說，判斷一個材料是否屬于超導(dǎo)體，必須有兩個獨立的電磁特性判據(jù)：1. 是否具有絕對零電阻；2. 是否具有完全抗磁性。后者由德國科學(xué)家沃爾特·邁斯納（Walther Meissner）等發(fā)現(xiàn)，又稱為“邁斯納效應(yīng)”，即磁場下超導(dǎo)體具有“完全抗磁性”，其內(nèi)部磁感應(yīng)強度B為零。

超導(dǎo)體對人們生產(chǎn)生活的意義重大。實際上，應(yīng)用電子技術(shù)都基于有電阻的電路，大量能源因普通導(dǎo)體存在電阻而轉(zhuǎn)變?yōu)闊崃堪装讚p耗。而實現(xiàn)室溫超導(dǎo)有望使電能極少轉(zhuǎn)變?yōu)闊崃?，從而提升?dǎo)體和裝置的效率，極大地推動現(xiàn)有電子技術(shù)的發(fā)展，讓更多精細(xì)電子元件可以應(yīng)用到人類生活中。

中科院物理研究所羅會仟在一篇文章中提到，超導(dǎo)輸電可以節(jié)約目前高壓交流輸電技術(shù)中15%左右的損耗，超導(dǎo)變壓器、發(fā)電機(jī)、電動機(jī)、限流器以及儲能系統(tǒng)可以實現(xiàn)高效的電網(wǎng)和電機(jī)。利用超導(dǎo)線圈制作的超導(dǎo)磁體具有體積輕小、磁場高、均勻性好、耗能低等優(yōu)勢，是高分辨核磁共振成像、基礎(chǔ)科學(xué)研究、人工可控核聚變等關(guān)鍵技術(shù)的核心。

磁懸浮列車就利用了超導(dǎo)體特性。超導(dǎo)線圈可以承載很大的電流，成為強大的超導(dǎo)磁體。列車和軌道上分別裝備有超導(dǎo)磁體。當(dāng)存在外磁場時，由于完全抗磁性，超導(dǎo)體內(nèi)部會產(chǎn)生一個相反的磁場，使超導(dǎo)體內(nèi)部的總磁感應(yīng)強度為零。由此產(chǎn)生的斥力可以使沉重的列車懸浮在空中。通過改變軌道上磁場的取向，可以使列車保持向前運動。

去年11月27日，“室溫超導(dǎo)”入選為2022年度“十大基礎(chǔ)研究關(guān)鍵詞”。

在迪亞茲研究之前，超導(dǎo)材料的最高溫度是2019年在德國科學(xué)家在馬克斯·普朗克化學(xué)研究所一實驗室，以及與美國伊利諾伊大學(xué)的拉塞爾·赫姆利研究小組合作實現(xiàn)的。研究人員用鑭（一種金屬稀土元素La）超氫化物在170萬個大氣壓的高壓下實現(xiàn)-23攝氏度的超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度。

美國康奈爾大學(xué)的理論物理學(xué)家尼爾·阿什克羅夫特（Neil Ashcroft）早在1968年就在理論上預(yù)言，純氫可以在室溫下超導(dǎo)，因為金屬氫會有較高的超導(dǎo)臨界溫度，只不過需要加上500萬倍大氣壓的壓強。他在2004年提出，富含氫的化合物，如甲烷、甲硅烷、氨氣等，成為高臨界溫度的超導(dǎo)體所需壓強可以比金屬氫低很多。

可惜，實驗令人失望，與阿什克羅夫特的預(yù)言有不小的差距。

作為宇宙中最豐富的元素，氫也是一種很有前景的元素。要獲得高溫超導(dǎo)體，需要更強的化學(xué)鍵和更輕的元素。氫是最輕的材料，而氫鍵是最強的化學(xué)鍵之一。從理論上來講，固體金屬氫具有很高的德拜溫度（固體的一個重要物理量）和很強的電子-聲子耦合，這是室溫超導(dǎo)所必需的因素。

然而，僅僅是將純氫轉(zhuǎn)化為金屬狀態(tài)就需要非常高的壓力。2017年，美國哈佛大學(xué)教授艾薩克·西爾維拉和當(dāng)時在其實驗室做博士后研究的迪亞茲合作，在實驗室中首次實現(xiàn)了這一目標(biāo)。

不過之后，迪亞茲的研究之路就沒有那么平坦了。

2020年10月14日，英國《自然》（Nature）雜志發(fā)表的一篇首次實現(xiàn) “室溫超導(dǎo)” 的封面論文引發(fā)轟動。迪亞茲團(tuán)隊創(chuàng)造出一種三元氫化物（C-S-H），在267萬個超高大氣壓下，實現(xiàn)了轉(zhuǎn)變溫度為15攝氏度的超導(dǎo)電性，即觀察到常溫超導(dǎo)現(xiàn)象。投稿僅2個月就登上了《自然》雜志封面，被譽為是諾獎級的工作。

迪亞茲聲稱，這是人類第一次在室溫下觀察到超導(dǎo)現(xiàn)象。他們的發(fā)現(xiàn)將為許多潛在的應(yīng)用提供可能。但他們雖然解決了溫度的障礙，卻又出現(xiàn)了高壓難題——267萬個大氣壓，十分接近于300萬個大氣壓的地球地心處的壓力。這么高的壓力，全世界也只有很少的實驗室可以實現(xiàn)——這為后來的“撤稿”事件埋下伏筆。

當(dāng)時，美國學(xué)術(shù)界普遍看好這一試驗，美國加利福尼亞大學(xué)圣迭戈分校物理教授布賴恩·梅普爾（Merrill Maple）評價道：“這項研究啟發(fā)了人們思考常規(guī)超導(dǎo)體和高溫超導(dǎo)體的關(guān)系、超導(dǎo)電子配對的機(jī)制、未來尋找新材料的方向、應(yīng)用超導(dǎo)技術(shù)的新領(lǐng)域等，描繪了人類更加美好的未來?！?/p>

不過，也有研究者認(rèn)為，迪亞斯的實驗條件十分極端，這意味著距離實際應(yīng)用還非常遙遠(yuǎn)。而迪亞斯等人創(chuàng)建了一家名為“非凡材料”的公司，以將室溫超導(dǎo)材料盡快商業(yè)化。

但迪亞茲的這項研究成果無法復(fù)現(xiàn)，其實是業(yè)內(nèi)最大的槽點。迪亞茲后來稱，其在實驗過程不小心打碎了金剛石，后面也沒再重復(fù)實驗。不過，近500GPa的高壓技術(shù)，國際上仍有幾個研究組是可以做到的，迪亞茲他們卻沒有重復(fù)出來金屬氫的實驗結(jié)果。

更令人難以置信的是，這篇論文的關(guān)鍵證據(jù)之一，即金剛石對頂砧里的金屬氫照片，是用 iPhone 攝像頭拍的，顯得極其不專業(yè)。后來被反復(fù)追問下，迪亞茲承認(rèn) “金屬氫” 的實驗成功率并不高，可能也就那么一兩次獲得了“有效”的實驗數(shù)據(jù)?？茖W(xué)家們有理由懷疑，最終得到的 “金屬反射” 信號可能來自高壓腔體內(nèi)的金屬墊片，而不是金屬氫本身，后來作者也發(fā)文更正了光電導(dǎo)的數(shù)據(jù)。因此，金屬氫是否真的能實現(xiàn)室溫超導(dǎo)，成為一個未解謎團(tuán)。

在科學(xué)家集體質(zhì)疑聲中，2022年9月26日，在所有論文作者都不同意撤稿的情況下，英國《自然》雜志編輯部撤掉了這篇論文。

《自然》雜志認(rèn)為，在一些關(guān)鍵的數(shù)據(jù)處理步驟中，這篇論文使用了一種非標(biāo)準(zhǔn)化的、用戶自定義的程序。具體而言，這個程序指的是論文中用來處理原始數(shù)據(jù)、以生成磁化率圖的背景減法（用于處理嘈雜背景信號的方法），處理后的數(shù)據(jù)減法并沒有在論文中解釋，因此數(shù)據(jù)有效性也受到質(zhì)疑，其認(rèn)為這會削弱外界對磁化率數(shù)據(jù)的信心。

同一天，頂級期刊《科學(xué)》深度報道此次撤稿事件并采訪了該事件的幾位當(dāng)事人。報道題目直接引用了科學(xué)家的一句原話：“Something is seriously wrong”（事情很嚴(yán)重）。

僅僅過了不到半年，如今，迪亞茲帶著新的/另外三元氫化物镥-氮-氫（N-Lu-H）卷土重來（之前是氫-硫-碳）。在 1GPa 不那么極端的高壓力下，實現(xiàn)了更高的超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度21攝氏度——壓強更低了，超導(dǎo)臨界轉(zhuǎn)變溫度(Tc)更高了。

在近15分鐘演講中，迪亞茲反復(fù)對室溫超導(dǎo)進(jìn)行詳細(xì)講述。不過，3月9日《自然》雜志刊登的論文中也坦言，盡管這一研究結(jié)果超乎想象，但還需要進(jìn)一步的實驗和模擬來確定氫和氮的確切化學(xué)計量及其各自的原子位置，從而了解材料的超導(dǎo)狀態(tài)。

在拉斯維加斯最新成果的發(fā)布現(xiàn)場，小小報告廳里擠滿了各路物理大牛。包括高溫超導(dǎo)先驅(qū)朱經(jīng)武教授，以及此前一直在質(zhì)疑室溫超導(dǎo)的日內(nèi)瓦大學(xué)凝聚態(tài)物理學(xué)家Dirk van der Marel。而在報告廳外，更是擠滿了大批未能入場的物理學(xué)研究者，以至于保安需要不斷驅(qū)散人群，防止消防隱患。

但美國雙周刊科學(xué)雜志ScienceNews認(rèn)為，這項研究可能將會面受到非常嚴(yán)格的同行審查，尤其是關(guān)于復(fù)現(xiàn)效果的。

繼去年12月美國加州勞倫斯利佛摩國家實驗室在可控聚變實驗中實現(xiàn)聚變點火、獲得“能量凈增益”（Q＞1），以及OpenAI發(fā)布的人工智能聊天模型ChatGPT之后，美國科學(xué)家這次又成功地在物理學(xué)界扔下一枚“核彈”。

（詳見鈦媒體App前文：《中美“激戰(zhàn)”核聚變》、《ChatGPT殺瘋了，兩個月引爆千億美金新賽道》）

目前，盡管外界對于這一實驗感到震驚，但鑒于迪亞茲此前的爭議，業(yè)內(nèi)更多處于“觀望”情緒。

中科創(chuàng)星創(chuàng)始合伙人米磊對鈦媒體App表示：“我去年就認(rèn)為超導(dǎo)之于能源領(lǐng)域就是半導(dǎo)體之于信息領(lǐng)域，過去60年信息革命依靠的是半導(dǎo)體材料的突破，未來60年的能源革命依靠的是超導(dǎo)材料的突破。所以我們?nèi)ツ觊_始大力布局高溫超導(dǎo)材料方向，現(xiàn)在已經(jīng)投了三家高溫超導(dǎo)材料上下游公司，投資額過億，只是沒想到這個方向這么快又火了。”

羅會仟在3月8日晚的中科院物理所直播中表示，這次研究的大約1萬大氣壓比曾經(jīng)的200GPa低很多，實驗很可能會實現(xiàn)復(fù)用。比如，以前很少有做比熱測量來驗證超導(dǎo)轉(zhuǎn)變，就是因為壓強過高不容易做，而這次的1GPa就使得比熱測量成為可能。

研究學(xué)者季燕江則認(rèn)為，盡管完全抗磁性測量（邁斯納效應(yīng)）在實驗上很困難，但說迪亞茲故意造假，他認(rèn)為還缺乏證據(jù)。

一位量子領(lǐng)域?qū)W者對鈦媒體App表示，目前量子計算還是始終要超低溫，常溫超導(dǎo)還是很難實現(xiàn)的。另有物理學(xué)者認(rèn)為，無論是常溫超導(dǎo)，還是高溫超導(dǎo)，溫度只是衡量超導(dǎo)應(yīng)用的指標(biāo)而已，目前應(yīng)用最多的依舊是鈮鈦合金超導(dǎo)體，這種常溫超導(dǎo)短期內(nèi)很難實際應(yīng)用。

一位知乎答主表示，對于這類研究，最好還是等一等同行復(fù)現(xiàn)的結(jié)果。他認(rèn)為這次結(jié)果仍然只是一家之言，而不是同行評議的結(jié)果。

中國科學(xué)院物理研究所靳常青和伊利諾伊大學(xué)香檳分校戴維·塞珀利聯(lián)合在《自然》雜志刊文稱，作者的發(fā)現(xiàn)無疑會引起爭議，因為幾乎是其他具有高溫超導(dǎo)性的氰化物的兩倍，并且表明與類似的超導(dǎo)化合物相比，論文樣品中存在的氫相對較少。如果氮摻雜確實是超導(dǎo)狀態(tài)的部分原因，那么它在實現(xiàn)如此高的轉(zhuǎn)變溫度方面的作用還有待確定。

“無論機(jī)制如何，在環(huán)境條件下超導(dǎo)材料的前景都是誘人的。超導(dǎo)材料可以制造強大的磁體，例如用于磁共振成像 (MRI)——這項技術(shù)自半個世紀(jì)前首次出現(xiàn)以來就對醫(yī)學(xué)診斷產(chǎn)生了深遠(yuǎn)影響，這種材料也可以用作懸浮物體，激發(fā)磁懸浮列車的想法。但標(biāo)準(zhǔn)MRI系統(tǒng)目前在沒有高溫超導(dǎo)元件的情況下需要昂貴的制冷，因此，也許該研究新的氫化物化合物將使我們更接近這些技術(shù)成為現(xiàn)實?！苯Ｇ嗪腿昀餐硎?。

那么，對于“室溫超導(dǎo)”圣杯這次是否要大結(jié)局，更多人認(rèn)為還需讓“子彈”多飛一會。

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