“室温超导”新突破引热议：曙光还是蜃景

日期： 2023-03-20

浏览次数: 14

来源：中国青年报

工业界的期望，物理界的梦想

所谓超导电性，是指材料在一定温度下电阻突然变为零的状态。这时，如果给超导体通入直流电，那么即使没有电压，超导体内的电流也不会衰减。除了零电阻性，超导体的另一个基本性质是完全抗磁性。超导体会把磁场完全排出体外，这种类似同极磁铁间斥力的作用，可以很容易地实现磁悬浮。另外，从医院用的核磁共振设备到受控核聚变的“托卡马克”，强磁场的形成也都要用到超导线圈。

室温超导一旦成真，不但输电线的直流损耗可以被完全消除，而且获得磁场的难度和成本也会大幅度降低。到时，我们去医院做相关检查会变得廉价，日常的电能损耗可以大幅衰减，甚至可控核聚变也有希望提前实现。

与工业界倾心于超导的广泛应用不同，物理学家更好奇超导本身的性质与成因。包括超导体在内的晶体材料中，有从原子到电子的许多因素会影响材料的物理性质。大多数物理现象，只由这些因素中的某几个支配，因此相对容易研究。但在超导的舞台上，几乎所有因素都是主角。它们纠缠在一起互相影响，再加上热运动造成的干扰，使得科学家们不仅难以实现室温超导，甚至几乎不可能进行精确的理论分析。

因此，室温超导及其理论成为无数物理学家的梦想。科学家对室温超导材料的追求与探索，已经持续了100年。

百年求索，五度诺奖

在超过一个世纪的时间里，专门授予超导领域的诺贝尔奖就有5次，其他与超导相关的诺贝尔物理学奖更是数不胜数。

1912年，荷兰物理学家卡末林·昂尼斯首次发现，当温度降低到4.2K（约零下269℃）时，汞的电阻突然变成了零。因为电流不会衰减，所以他把这种现象称作“超级导电”，而电阻突变的温度被称为“临界温度”。很快，在1913年，他就收获了诺贝尔物理学奖。

昂尼斯之后的40多年，科学家们逐渐发现了更多的超导材料，也陆续提出了几种超导理论。其中，巴丁（Bardeen）、库珀（Cooper）和施里弗（Schrieffer）在1957年提出的BCS理论可谓“集大成者”，能够解释当时发现的几乎全部超导现象。

他们认为，运动速度合适的两个电子会以带正电的原子核为媒介，通过库仑力联系在一起，成为一个“库珀对”。许多库珀对协同运动，就可以不受阻碍地传输电流。通过计算，BCS理论认为，常压下超导体的临界温度不会超过40K（零下233℃）；而高压下临界温度则会提高。在经历了十几年的验证与等待后，1972年，3位提出者被授予诺贝尔物理学奖。

在BCS理论的指导下，物理学家们发现了更多的超导材料，但临界温度一直没有突破。直到1986年，德国和瑞士的物理学家发现一种铜氧化物陶瓷材料，该材料具有33K的超导临界温度。紧接着，美国和中国科学家在这个体系中合成出了临界温度超过77K的钇钡铜氧超导体。这不但突破了BCS理论的预言，也超出了液氮的沸点。用液氮取代液氦做制冷剂，大大降低了研究的成本。直到今天，常压超导临界温度的纪录仍是铜氧化物保持的138K（零下135℃）。

铜氧化物使超导研究迈上了一个新台阶，它不符合BCS理论的描述，被称为非传统超导体。仅用一年，最初发现它的德国和瑞士物理学界就获得了诺贝尔奖。

除了在超导材料和基础理论外，1973年诺奖授予了发现超导量子隧穿效应、引领超导电子学应用的约瑟夫森，2003年诺奖授予了提出超导磁通动力学和唯象理论的两位俄罗斯科学家。

曙光之上，仍有乌云

近些年，非常规超导的研究逐渐陷入瓶颈，科学家为了追求更高的临界温度，选择回到BCS理论，用极端高压提高超导临界温度。这次的室温超导进展也是如此。

在“三月会议”报告的第二天，迪亚斯教授在《自然》杂志发表的论文中，展示了他的具体成果。在镥-氢体系中，作者完成了不同压力下一系列物理性质的测量。配合晶体结构的建模，论文给出了一个比较完整的材料超导性证据。文章宣称1GPa下的镥-氮-氢化合物实现了21℃的超导。相比于目前在170万个大气压下获得零下58℃超导的纪录，迪亚斯教授的成果不仅临界温度实现了室温，压强也显著地降低——至少在实验室中很容易实现。

如果验证为真，这将是百年超导史上最重要的突破之一。因此，学界十分重视，产业和金融界也兴奋起来。室温超导实际应用的曙光，仿佛已经出现在地平线上。

然而，曙光之上仍有乌云。不少学者对这次室温超导的真实性持怀疑态度。

一方面，许多人并不相信迪亚斯教授的科研信誉。他曾在高压超导领域两次“乌龙”，而就在半年前，200万个大气压下的15℃超导成果，就因为过度的数据修饰被《自然》杂志撤稿。

另一方面，这次论文的数据也有蹊跷，许多数据的处理方式并不符合常规。迪亚斯教授在论文中并未说明样品合成方法，也不愿共享样品。这给其他实验组的复现造成了一定困难。在中科院物理所两个团队刚刚发布的预印本论文中，一个团队在与室温超导样品极为相似的镥-氢体系中，仅仅实现218万个大气压下71K（零下202℃）超导，与迪亚斯教授结果相去甚远；另一个团队则在另一种镥-氮-氢化合物中，没有发现高压超导的迹象。

未来，即便科学家证实了迪亚斯教授的成果，室温超导距离真正走向实用也还有相当长的距离——1万个大气压的压强，虽然在实验室中容易实现，但距离工程化应用仍然很远。实验室研究的样品，通常是在金刚石对顶砧上加压，只有几十微米大，这个尺度是难以进行电流传输的。在基础科学的意义上，高压氢化物尺度仍是1957年BCS理论框架下的产物，对新型超导材料的探索和完整的超导理论构建的帮助其实十分有限。

所以，无论这次迪亚斯教授的成果是否可靠，室温超导的科学探索和工程应用都仍旧路漫漫其修远。这次室温超导的新闻或许是探索路上一次振奋人心的进步，也可能是一段弯路、一次乌龙。在过去的100年，中国科学家没有缺席超导的探索。中科院物理所赵忠贤院士团队从1986年开始两度引领国际超导材料探索的风潮，赵院士也因此获得国家最高科技奖。目前，我国超导领域的研究已经走在世界前列。相信在未来的超导探索路上，会有越来越多的中国科学家成为探路人。

上一篇：突破！西北大学地质学系青年教师发现两种新矿物下一篇：协会三届五次理事会会议顺利召开

Hot News / 相关推荐

协会走访稀土磁材应用企业

2025 - 04 - 03

点击次数: 126

2025年4月3日上午，市稀土协会秘书长吴建思、副秘书长崔中倪赴博迈立铖投资(中国)有限公司(原日立金属（上海）有限公司），与公司磁性材料部副部长钮一峰、工程技术部副部长马博骁进行了深入的座谈交流。钮一峰部长对博迈立铖公司的总体情况进行了详细的介绍，内容涵盖了公司的发展历程、主要业务以及产品等多个方面。他还特别强调了公司在稀土磁材板块中注入的“专业”精神，并对未来的发展趋势和战略方向进行了阐述，并...

协会走访稀土磁材应用企业

2025 - 04 - 03

点击次数: 138

蛋白质高分辨核磁共振研究中提高稀土配合物磁各向异性的理性设计与思路

2025 - 04 - 03

点击次数: 103

来源：X-MOL稀土离子（Ln3+）化合物具有特殊的光学性质和丰富的磁性质，在材料科学、医学影像和生命科学中具有重要用途。在生物无机化学和化学生物学研究中稀土离子由于其丰富的磁和光学性质，可以应用于生物大分子构象分析与动态互作研究中。最近20多年来，稀土离子在蛋白质结构与互作研究中体现出重要研究潜力，人们把顺磁性稀土离子通过定点修饰的方式引入到蛋白质等大分子上，利用稀土离子产生的顺磁效应可以极大提...

东北大学刘绍宏研究员：“双管齐下”，破解激光照明高温难题的“材料密码”—让激光器件“冷静”发光的秘密武器

2025 - 04 - 03

点击次数: 99

来源：清华大学出版社期刊中心文章DOI：10.26599/JAC.2025.9221061ResearchGate： https://www.researchgate.net/publication/389719332_Lowering_operating_temperatures_in_high-power_laser-excited_LuAGCe_films_through_improving...