近日，美國(guó)羅切斯特大學(xué)的迪亞斯(Ranga Dias)及其團(tuán)隊(duì)在美國(guó)物理學(xué)會(huì)三月會(huì)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(gè)大氣壓下(1GPa)可以實(shí)現(xiàn)最高溫度為294 K(約21°C)的超導(dǎo)電性。
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(shí)可靠，則刷新了超導(dǎo)材料新的臨界溫度以及此前動(dòng)輒需要數(shù)百萬個(gè)大氣壓的壓力需求，將有望改變?nèi)祟愂褂?、存?chǔ)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(shí)驗(yàn)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。
(資料圖)
中國(guó)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(shí)驗(yàn)室主任尤立星告訴新京報(bào)貝殼財(cái)經(jīng)記者，迪亞斯得到的結(jié)果還需要進(jìn)一步確認(rèn)，“即使確認(rèn)了，一萬個(gè)大氣壓的高壓還是沒法直接應(yīng)用，材料還需要進(jìn)一步改進(jìn)，距離真正應(yīng)用還很遙遠(yuǎn)?！?/p>
北京時(shí)間3月10日，新京報(bào)貝殼財(cái)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(duì)方回復(fù)。
迪亞斯(左)和同事在高級(jí)光譜實(shí)驗(yàn)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(tuán)隊(duì)是如何發(fā)現(xiàn)的？
據(jù)新華社報(bào)道，超導(dǎo)體是指在特定溫度下可實(shí)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(tuán)隊(duì)一宣布該研究成果就轟動(dòng)了科學(xué)界。那么，其是如何發(fā)現(xiàn)的呢？
新京報(bào)貝殼財(cái)經(jīng)記者瀏覽迪亞斯團(tuán)隊(duì)官方網(wǎng)站發(fā)現(xiàn)，該團(tuán)隊(duì)包含迪亞斯在內(nèi)由13名研究人員組成，其中還有一名來自中國(guó)的大二學(xué)生。此次公布的新研究成果由迪亞斯本人和5名研究生完成。
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(rèn)為“镥看起來像一個(gè)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(tuán)隊(duì)創(chuàng)造了一種99%氫氣和1%的氮?dú)饣旌衔?，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(lán)色”，而當(dāng)化合物在金剛石砧單元中被壓縮時(shí)，發(fā)生了“驚人的視覺轉(zhuǎn)變”：超導(dǎo)開始時(shí)逐漸由藍(lán)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(qiáng)度的顏色令我感到震驚?！钡蟻喫拐f。需要注意的是，對(duì)于該材料，誘導(dǎo)超導(dǎo)特性所需要的壓力相比迪亞斯實(shí)驗(yàn)室先前所需要的壓力還要低近兩個(gè)數(shù)量級(jí)。
迪亞斯表示，他利用實(shí)驗(yàn)室超導(dǎo)實(shí)驗(yàn)積累的數(shù)據(jù)來訓(xùn)練機(jī)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(jìn)行混合和匹配，以預(yù)測(cè)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(yàn)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(duì)此人的研究成果表示質(zhì)疑。
2017年，當(dāng)時(shí)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(píng)議論文中聲稱發(fā)現(xiàn)了“金屬氫”。但其后他表示因?qū)嶒?yàn)中操作失誤，氫泄漏導(dǎo)致金剛石爆炸，無法再做實(shí)驗(yàn)，但此后其他實(shí)驗(yàn)室在相同的實(shí)驗(yàn)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(tuán)隊(duì)則在《自然》雜志論文中報(bào)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?yàn)槠渌麑?shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)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(tuán)隊(duì)上個(gè)“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(shí)，范德馬雷爾也在報(bào)告廳中聽完了迪亞斯的演講，對(duì)此他公開表示鑒于迪亞斯團(tuán)隊(duì)有被《自然》撤稿的情況，由一個(gè)獨(dú)立的小組對(duì)LuH2(氫化镥)的新發(fā)現(xiàn)進(jìn)行復(fù)現(xiàn)將比以往任何時(shí)候都更為重要。
對(duì)于迪亞斯此次的研究有何具體疑點(diǎn)，中國(guó)科學(xué)院物理研究所研究員羅會(huì)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(dá)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(gè)材料在常壓是藍(lán)色的小晶體，加壓之后會(huì)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(cè)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(huì)仟認(rèn)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(gè)材料超導(dǎo)是真的，也不太像是傳統(tǒng)的BCS超導(dǎo)體了?！?/p>
新京報(bào)貝殼財(cái)經(jīng)記者從多位科學(xué)界研究人員處了解到，目前迪亞斯被質(zhì)疑的點(diǎn)主要在于其研究成果中的原始數(shù)據(jù)是否真實(shí)準(zhǔn)確，由于近常壓室溫條件算不上很苛刻，相信其他實(shí)驗(yàn)室對(duì)于迪亞斯成果進(jìn)行同條件復(fù)現(xiàn)應(yīng)該不難，“目前談?wù)婕倥c否沒有意義，觀望一下看其他實(shí)驗(yàn)室能否復(fù)現(xiàn)出成果即可，估計(jì)時(shí)間不會(huì)太長(zhǎng)。”
超導(dǎo)材料若獲突破有何意義？超導(dǎo)時(shí)代要來了？
那么，如果該項(xiàng)研究結(jié)果為真，將產(chǎn)生什么影響呢？
尤立星對(duì)貝殼財(cái)經(jīng)記者表示，即使迪亞斯的研究成果經(jīng)過了確認(rèn)，一萬個(gè)大氣壓的高壓還是沒法直接應(yīng)用，材料還需要進(jìn)一步改進(jìn)，距離真正應(yīng)用還很遙遠(yuǎn)。
羅會(huì)仟表示，迪亞斯論文里提到的“近常壓”(10 kbar)其實(shí)離我們熟悉的常壓(1 bar，即1個(gè)大氣壓)還很遠(yuǎn)，事實(shí)上，一萬個(gè)大氣壓，比世界上最深的馬里亞納海溝的壓力還要強(qiáng)上十倍，如此高的壓力，如何方便規(guī)模化產(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(jí)，壓力腔大的裝置生產(chǎn)的樣品也不過數(shù)克而已，面對(duì)產(chǎn)業(yè)應(yīng)用達(dá)到噸量級(jí)的產(chǎn)量，就是一條無法逾越的鴻溝。
不過，對(duì)超導(dǎo)材料進(jìn)行突破仍然有著極其深遠(yuǎn)的科學(xué)意義，這是因?yàn)槌瑢?dǎo)材料有零電阻和完全抗磁性兩個(gè)特性，可應(yīng)用在可控核聚變、電力輸送、交通運(yùn)輸、醫(yī)學(xué)成像等多個(gè)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(dá)成超導(dǎo)特性，這對(duì)超導(dǎo)材料的應(yīng)用在成本上是一個(gè)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(shí)因電阻導(dǎo)致的電能損耗也將為零，我國(guó)每年節(jié)省下來的電能據(jù)公開數(shù)據(jù)分析能夠達(dá)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(fèi)電子產(chǎn)品、能量傳輸線、運(yùn)輸以及聚變磁約束的重大改進(jìn)的途徑現(xiàn)在已成為現(xiàn)實(shí)，“我們相信我們現(xiàn)在正處于現(xiàn)代超導(dǎo)時(shí)代?！?/p>
（文章來源：新京報(bào)）
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