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近日，美國羅切斯特大學(xué)的迪亞斯（Ranga Dias）及其團隊在美國物理學(xué)會三月會議上宣布發(fā)現(xiàn)“近常壓室溫超導(dǎo)材料”，這是一種镥-氮-氫三元化合物（NDLH），其在1萬個大氣壓下（1GPa）可以實現(xiàn)最高溫度為294 K（約21°C）的超導(dǎo)電性。

【資料圖】

該事件一經(jīng)傳播便引發(fā)了廣泛的討論，其一是若該研究成果真實可靠，則刷新了超導(dǎo)材料新的臨界溫度以及此前動輒需要數(shù)百萬個大氣壓的壓力需求，將有望改變?nèi)祟愂褂?、存儲和傳輸能源的方式，顛覆現(xiàn)有能源產(chǎn)業(yè)；其二是迪亞斯2020年就宣稱發(fā)現(xiàn)過“室溫超導(dǎo)”材料并將相關(guān)論文刊登在了《自然》上，但其研究成果無法被其他實驗室復(fù)現(xiàn)，最終被《自然》撤稿，此次新研究成果公布后，多位學(xué)界人士也持觀望態(tài)度。

中國科學(xué)院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所研究員、超導(dǎo)電子學(xué)實驗室主任尤立星告訴新京報貝殼財經(jīng)記者，迪亞斯得到的結(jié)果還需要進一步確認，“即使確認了，一萬個大氣壓的高壓還是沒法直接應(yīng)用，材料還需要進一步改進，距離真正應(yīng)用還很遙遠?！?/p>

北京時間3月10日，新京報貝殼財經(jīng)記者向迪亞斯的郵箱發(fā)送了采訪問題，但截至發(fā)稿尚未收到對方回復(fù)。

迪亞斯（左）和同事在高級光譜實驗室中調(diào)整激光陣列。 圖片來源：羅斯切特大學(xué)

“室溫超導(dǎo)材料”是啥？迪亞斯團隊是如何發(fā)現(xiàn)的？

據(jù)新華社報道，超導(dǎo)體是指在特定溫度下可實現(xiàn)電阻為零的導(dǎo)體，是一種比常規(guī)導(dǎo)體更為優(yōu)越的無損耗導(dǎo)電材料?，F(xiàn)有超導(dǎo)材料大多需要在極低溫度下才能工作，這大大限制了它們的大規(guī)模應(yīng)用。研發(fā)出一種室溫超導(dǎo)材料一直是全球物理學(xué)界尋求突破的方向。

所以，迪亞斯（Ranga Dias）及其團隊一宣布該研究成果就轟動了科學(xué)界。那么，其是如何發(fā)現(xiàn)的呢？

近年來，通過將稀土金屬與氫結(jié)合，然后添加氮或碳而制成的氫化物為研究人員提供了制造超導(dǎo)材料的“工作配方”。而在此次研究中，迪亞斯探索了元素周期表的其他地方，他認為“镥看起來像一個很好的嘗試者?！?/p>

根據(jù)羅切斯特大學(xué)官方網(wǎng)站發(fā)布的消息，迪亞斯的團隊創(chuàng)造了一種99%氫氣和1%的氮氣混合物，將其放入裝有純镥樣品的反應(yīng)室中，讓組分在392華氏度（約200°C）下反應(yīng)兩到三天。由此產(chǎn)生的镥-氮-氫化合物最初是“有光澤的藍色”，而當(dāng)化合物在金剛石砧單元中被壓縮時，發(fā)生了“驚人的視覺轉(zhuǎn)變”：超導(dǎo)開始時逐漸由藍色變?yōu)榉奂t色，然后變成了鮮紅色的非超導(dǎo)金屬狀態(tài)。

“這是一種非常鮮艷的紅色，看到這種強度的顏色令我感到震驚?！钡蟻喫拐f。需要注意的是，對于該材料，誘導(dǎo)超導(dǎo)特性所需要的壓力相比迪亞斯實驗室先前所需要的壓力還要低近兩個數(shù)量級。

迪亞斯表示，他利用實驗室超導(dǎo)實驗積累的數(shù)據(jù)來訓(xùn)練機器學(xué)習(xí)算法，從數(shù)千種可能的稀土金屬，氮、氫和碳的組合中進行混合和匹配，以預(yù)測其他可能的超導(dǎo)材料。

發(fā)現(xiàn)者曾有“前科” 多數(shù)科學(xué)家質(zhì)疑，仍需重復(fù)驗證

不過，鑒于迪亞斯此前曾有兩次“前科”，有不少學(xué)界人士對此人的研究成果表示質(zhì)疑。

2017年，當(dāng)時在哈佛大學(xué)的迪亞斯和他的導(dǎo)師伊薩克·西維拉在雜志上發(fā)表的一篇同行評議論文中聲稱發(fā)現(xiàn)了“金屬氫”。但其后他表示因?qū)嶒炛胁僮魇д`，氫泄漏導(dǎo)致金剛石爆炸，無法再做實驗，但此后其他實驗室在相同的實驗條件下并未獲得氫金屬化的證據(jù)，“金屬氫”也因此飽受質(zhì)疑。

2020年，迪亞斯團隊則在《自然》雜志論文中報告了一種含碳、硫、氫的化合物在15℃下表現(xiàn)出超導(dǎo)性能，這已經(jīng)屬于“室溫超導(dǎo)”范疇。但同樣因為其他實驗室無法復(fù)現(xiàn)該結(jié)果，2022年9月，《自然》雜志編輯部因這一論文實驗數(shù)據(jù)遭質(zhì)疑等原因撤掉了這篇論文。

瑞士日內(nèi)瓦大學(xué)凝聚態(tài)物理學(xué)家范德馬雷爾（（Dirk van der Marel））是致使迪亞斯團隊上個“室溫超導(dǎo)”研究被撤稿的人之一。而此次迪亞斯發(fā)布“近常壓室溫超導(dǎo)材料”時，范德馬雷爾也在報告廳中聽完了迪亞斯的演講，對此他公開表示鑒于迪亞斯團隊有被《自然》撤稿的情況，由一個獨立的小組對LuH2（氫化镥）的新發(fā)現(xiàn)進行復(fù)現(xiàn)將比以往任何時候都更為重要。

對于迪亞斯此次的研究有何具體疑點，中國科學(xué)院物理研究所研究員羅會仟3月10日發(fā)文稱，令業(yè)界十分困惑的是其數(shù)據(jù)結(jié)論，該材料竟然在壓力30 kbar（千巴）以下就已經(jīng)有200 K（開爾文）以上的超導(dǎo)電性了，而且壓力越低，超導(dǎo)臨界溫度Tc越高。最高的臨界溫度在10 kbar左右達到294 K，此后更低壓力下超導(dǎo)溫度下降到100 K以下。更匪夷所思的是，這個材料在常壓是藍色的小晶體，加壓之后會變成粉色，最后變成了紅色，和傳統(tǒng)金屬氫化物超導(dǎo)體觀測到的黑色樣品完全不一樣。如此反常的溫度-壓力相圖和奇怪的顏色變化，令人十分狐疑。

羅會仟認為，論文中給出的分子式里，镥和氮的比例幾乎是1:1，氫的含量只有3左右，這和大家熟悉的稀土氫化物含氫在5和6甚至更多的情況不符。在氫含量如此低的情況下，根據(jù)他們給出的材料結(jié)構(gòu)，氫原子的間距還很大，幾乎可以排除是來自氫元素本身的超導(dǎo)。這些奇特的現(xiàn)象，令人似乎覺得“即使這個材料超導(dǎo)是真的，也不太像是傳統(tǒng)的BCS超導(dǎo)體了?！?/p>

超導(dǎo)材料若獲突破有何意義？超導(dǎo)時代要來了？

那么，如果該項研究結(jié)果為真，將產(chǎn)生什么影響呢？

尤立星對貝殼財經(jīng)記者表示，即使迪亞斯的研究成果經(jīng)過了確認，一萬個大氣壓的高壓還是沒法直接應(yīng)用，材料還需要進一步改進，距離真正應(yīng)用還很遙遠。

羅會仟表示，迪亞斯論文里提到的“近常壓”（10 kbar）其實離我們熟悉的常壓（1 bar，即1個大氣壓）還很遠，事實上，一萬個大氣壓，比世界上最深的馬里亞納海溝的壓力還要強上十倍，如此高的壓力，如何方便規(guī)?；a(chǎn)業(yè)應(yīng)用？更何況，高壓下制備的樣品量是極少的，大部分是微克、毫克量級，壓力腔大的裝置生產(chǎn)的樣品也不過數(shù)克而已，面對產(chǎn)業(yè)應(yīng)用達到噸量級的產(chǎn)量，就是一條無法逾越的鴻溝。

不過，對超導(dǎo)材料進行突破仍然有著極其深遠的科學(xué)意義，這是因為超導(dǎo)材料有零電阻和完全抗磁性兩個特性，可應(yīng)用在可控核聚變、電力輸送、交通運輸、醫(yī)學(xué)成像等多個領(lǐng)域。

目前，可應(yīng)用的超導(dǎo)材料往往需要極低溫度才能達成超導(dǎo)特性，這對超導(dǎo)材料的應(yīng)用在成本上是一個很大的限制，如果“常溫常壓超導(dǎo)材料”能夠發(fā)現(xiàn)，那么技術(shù)原理清晰但成本高昂的磁懸浮列車將有可能廣泛應(yīng)用，電力輸送時因電阻導(dǎo)致的電能損耗也將為零，我國每年節(jié)省下來的電能據(jù)公開數(shù)據(jù)分析能夠達到1000多億度。

根據(jù)羅切斯特大學(xué)官方網(wǎng)站消息，迪亞斯表示，通往超導(dǎo)消費電子產(chǎn)品、能量傳輸線、運輸以及聚變磁約束的重大改進的途徑現(xiàn)在已成為現(xiàn)實，“我們相信我們現(xiàn)在正處于現(xiàn)代超導(dǎo)時代。”

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