物理学重大突破! 21℃实现室温超导？

中科院物理所发文：让子弹再飞一会儿

美国物理学春季年会会场。

在哈佛大学时的迪亚斯（左）。

    物理学界又被扔下一枚核弹！只需要4个字——室温超导。

    在当地时间3月7日的美国物理学春季年会上，纽约罗切斯特大学物理学家兰加·迪亚斯（Ranga Dias）举行讲座，称自己的团队创造出了可在室温下工作的超导材料。

    罗切斯特大学8日在其网站发文称，该校机械工程系及物理学与天文学系副教授兰加·迪亚斯率领的研究团队研发出的这种超导材料由氮、氢和镥组成，它在约20.6℃的温度和10千巴（相当于标准大气压的1万倍）的压力下表现出超导性。

    该研究8日发表在英国《自然》杂志上。

    中科院物理所官方微信昨天发布标题为《21℃的室温超导真的要来了？让子弹再飞一会儿》的文章，文章称：这项工作无疑是突破性的，如果能经得住重复验证，未来可能“发诺奖”（诺贝尔物理学奖）。

    受此影响，A股中从事超导材料及设备研发和生产的公司，股价在昨天疯狂上涨。

    超导是个啥，发现个室温超导为啥这么激动？

    超导到底是个啥

    超导态是材料的一种特殊状态，在超导态中，材料处于零电阻的状态中。初中二年级的物理告诉我们，电阻是材料普遍具有的性质，当电流流经材料时，其内部的晶格、杂质等会对载流子运动产生阻碍，载流子本身携带的能量会被转移到晶格上，宏观上造成焦耳热，电势也会相应下降。

    而没有电阻的超导体就完全没有上述问题，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。

    很明显，超导体的意义是显而易见的，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，我们可以直接以市电电压传输电力，完全不需要变电站，我们或许可以直接使用直流电。

    现有超导材料大多需要在极低温度下才能工作，这大大限制了它们的大规模应用。研发出一种室温超导材料一直是全球物理学界寻求突破的方向。

    罗切斯特大学介绍，该校研究人员创造了一种由99%氢气和1%氮气组成的气体混合物，将其放入装有纯镥样本的反应室中，让这些混合物在约200℃的温度下反应两到三天。当混合物在金刚石压砧中被压缩时，颜色出现变化：其在超导状态开始时，颜色从蓝色变为粉红色，然后变为亮红色的非超导金属态。

    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。

    当地时间7日，在美国拉斯维加斯最新成果的发布现场，小小报告厅里挤满了各路物理大牛。而在报告厅外，更是挤满了大批未能入场的物理学研究者，以至于保安需要不断驱散人群，防止消防隐患。

    就在8日凌晨，顶刊《自然》杂志正式发表了该团队的新论文。时间戳显示，这篇论文在2022年8月投出，今年1月18日被接收。

    为何如此受关注

    毕竟如果室温超导成真，那么超导磁体相关研究，如粒子对撞机、可控核聚变、量子计算机等，都将获得新突破，还能降低我们日常生活中电力传输损耗的问题……总之是物理层面巨大的突破。

    消息传开，全球都炸锅了，相关消息直接连夜冲上热搜第一。

    大家的状态嘛，主要是兴奋期待又充满犹疑。

    兴奋的是，尽管1GPa的压力值仍然很高（约为1万个标准大气压），但相比之前实现超导的270万个大气压，已经是从高压到近常压的重大突破。

    犹疑的是，研究团队有黑历史，而且，研究者兰加·迪亚斯本人确实争议缠身。

    2017年，当时在哈佛大学的迪亚斯和他的导师伊萨克·西维拉在《科学》杂志上发表的一篇同行评议论文中声称发现了金属氢。

    据英国物理学会《物理世界》报道，他们把金刚石压砧里的氢压缩到接近500万个大气压的压力下，通过光学显微镜观察，氢样品有了金属光泽。由于手头没有更好的设备，他们用iPhone拍下了样品照片。后来，一些专家质疑实验的真实性，并提出迪亚斯和他导师的这个实验未能重复实现。但迪亚斯和西维拉声称他们重复了之前的实验，并观察到了同样的结果，“但由于技术原因，我们无法测量压力，所以我们没有发表。”西维拉说。

    2020年10月，《自然》杂志报道了迪亚斯联合内华达大学等团队在室温超导领域的突破，实现了15℃温度下的碳氢硫化物超导。这种新型室温超导体要在267GPa的压力下工作。但2022年9月《自然》杂志撤回上述论文，称研究人员在数据处理方面存在违规行为。撤稿声明显示，该研究关键数据处理、分析的有效性受到怀疑，尽管作者坚持认为原始数据能够支持论文的主要结论，但过去两年中其他科学家对研究数据的频繁质疑无疑削弱了论文可信度。

    中科院物理所官方微信昨天发布文章称，这项工作无疑是突破性的，如果能经得住重复验证，未来可能“发诺奖”（诺贝尔物理学奖）。

    该文章同时写道：“但物理学的研究终究不是一家之言，任何科学研究都应该经得起验证，这个也不例外，这项工作势必要经过行业内各个研究组的重复，如果经过多次重复之后，确定该结果的正确性，那将是划时代的工作。目前很多人对这个结果持观望态度，一方面是因为重复实验结果还没出来，另一方面或许是因为迪亚斯之前的‘前科’。”

    “近常压”说法有歧义

    上海市高温超导重点实验室主任、上海大学教授蔡传兵认为，这次迪亚斯展示出的研究成果“有一定的可靠性”，但室温超导所需的1GPa压力仍属于高压范畴，距离实际应用仍非常遥远。

    蔡传兵介绍，超导指的是在特定条件下呈现出电阻等于零的特性以及具备完全抗磁性的材料，但这个“特定条件”的要求往往十分严苛，要么需要极低温度，要么需要极高压力。目前较为先进的高温超导材料的临界温度为-196℃，而如果要在室温状态下实现超导，需要的往往是足以把绝大多数物质碾碎的超高压力，因此室温超导至今仍然无法实际应用。

    蔡传兵表示，这次迪亚斯所展示出的研究成果“有一定的可靠性”，“假设它的数据是正确的，等更多科学家跟进它的研究结果后，有可能会出现这个领域的重大突破”。

    蔡传兵认为，迪亚斯这次的研究成果有两个亮点，第一是把原来所需的极端高压267GPa变成了一个相对低的压力1GPa。但蔡传兵也指出，1GPa仍然属于高压的范畴，暂时没有大众期待的那么实用。另外，他的报告题目采用了“近常压”这个具有歧义的说法，也是有些夸张。1GPa跟原来相比确实是更接近常压了，但距离真正的常压还有距离。

    第二个亮点是，这次迪亚斯采用了一个新的元素组合，引入了稀土金属——镥元素（Lu，Lutetium），合成了三元氢化物（N-Lu-H），和他以前采用的碳硫氢化物不同。蔡传兵介绍，镥元素非常少见，一般实验室里是没有的，因此几乎没有先前的尝试，这次具有成分创新和成功的可能性。

    谈到迪亚斯此次展示的研究成果，蔡传兵介绍，一般超导体要测2~3个重要参数，第一是电阻随温度的变化，第二是磁化率随温度的变化，还有一个是MH曲线（磁化曲线）。除此之外，迪亚斯这次又增加了一个图，即比热对温度的变化，“这也是跨越性的，” 蔡传兵向记者表示，“他展示的图片可以反映温度变化的规律，虽然具体数据还没公开，但从他发布的内容上看是专业的，绘成的图我看是比较靠谱的。”

    蔡传兵说：“从现场参会的同仁反应来看，作为亚裔科学家的迪亚斯有一股‘意气’在身上，他的文章先前被撤稿，大家都对他有所怀疑，但他仍然一直坚持研究，并在有国际影响力的美国物理学春季年会上发表自己的成果。之所以有争议，一种可能是他的实验很难，他自己也不知道错在哪里。还有一种可能，大家无法重复他的实验，是因为他有自己的独门秘籍，没有公开告诉别人。”

    综合新华社、央视、中新社、澎湃新闻、《每日经济新闻》报道

    图片来源：罗彻斯特大学官网