美科学家发现近常压室温超导材料？专家称“先让子弹飞一会儿”

2023-03-12 05:41:24来源：罗斯切特大学

近日，美国罗切斯特大学的迪亚斯（Ranga Dias）及其团队在美国物理学会三月会议上宣布发现“近常压室温超导材料”，这是一种镥-氮-氢三元化合物（NDLH），其在1万个大气压下（1GPa）可以实现最高温度为294 K（约21°C）的超导电性。

该事件一经传播便引发了广泛的讨论，其一是若该研究成果真实可靠，则刷新了超导材料新的临界温度以及此前动辄需要数百万个大气压的压力需求，将有望改变人类使用、存储和传输能源的方式，颠覆现有能源产业；其二是迪亚斯2020年就宣称发现过“室温超导”材料并将相关论文刊登在了《自然》上，但其研究成果无法被其他实验室复现，最终被《自然》撤稿，此次新研究成果公布后，多位学界人士也持观望态度。

(资料图片仅供参考)

中国科学院上海微系统与信息技术研究所研究员、超导电子学实验室主任尤立星告诉新京报贝壳财经记者，迪亚斯得到的结果还需要进一步确认，“即使确认了，一万个大气压的高压还是没法直接应用，材料还需要进一步改进，距离真正应用还很遥远。”

北京时间3月10日，新京报贝壳财经记者向迪亚斯的邮箱发送了采访问题，但截至发稿尚未收到对方回复。

迪亚斯（左）和同事在高级光谱实验室中调整激光阵列。图片来源：罗斯切特大学

“室温超导材料”是啥？迪亚斯团队是如何发现的？

据新华社报道，超导体是指在特定温度下可实现电阻为零的导体，是一种比常规导体更为优越的无损耗导电材料。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。

所以，迪亚斯（Ranga Dias）及其团队一宣布该研究成果就轰动了科学界。那么，其是如何发现的呢？

近年来，通过将稀土金属与氢结合，然后添加氮或碳而制成的氢化物为研究人员提供了制造超导材料的“工作配方”。而在此次研究中，迪亚斯探索了元素周期表的其他地方，他认为“镥看起来像一个很好的尝试者。”

根据罗切斯特大学官方网站发布的消息，迪亚斯的团队创造了一种99%氢气和1%的氮气混合物，将其放入装有纯镥样品的反应室中，让组分在392华氏度（约200°C）下反应两到三天。由此产生的镥-氮-氢化合物最初是“有光泽的蓝色”，而当化合物在金刚石砧单元中被压缩时，发生了“惊人的视觉转变”：超导开始时逐渐由蓝色变为粉红色，然后变成了鲜红色的非超导金属状态。

“这是一种非常鲜艳的红色，看到这种强度的颜色令我感到震惊。”迪亚斯说。需要注意的是，对于该材料，诱导超导特性所需要的压力相比迪亚斯实验室先前所需要的压力还要低近两个数量级。

迪亚斯表示，他利用实验室超导实验积累的数据来训练机器学习算法，从数千种可能的稀土金属，氮、氢和碳的组合中进行混合和匹配，以预测其他可能的超导材料。

发现者曾有“前科” 多数科学家质疑，仍需重复验证

不过，鉴于迪亚斯此前曾有两次“前科”，有不少学界人士对此人的研究成果表示质疑。

2017年，当时在哈佛大学的迪亚斯和他的导师伊萨克·西维拉在杂志上发表的一篇同行评议论文中声称发现了“金属氢”。但其后他表示因实验中操作失误，氢泄漏导致金刚石爆炸，无法再做实验，但此后其他实验室在相同的实验条件下并未获得氢金属化的证据，“金属氢”也因此饱受质疑。

2020年，迪亚斯团队则在《自然》杂志论文中报告了一种含碳、硫、氢的化合物在15℃下表现出超导性能，这已经属于“室温超导”范畴。但同样因为其他实验室无法复现该结果，2022年9月，《自然》杂志编辑部因这一论文实验数据遭质疑等原因撤掉了这篇论文。

瑞士日内瓦大学凝聚态物理学家范德马雷尔（（Dirk van der Marel））是致使迪亚斯团队上个“室温超导”研究被撤稿的人之一。而此次迪亚斯发布“近常压室温超导材料”时，范德马雷尔也在报告厅中听完了迪亚斯的演讲，对此他公开表示鉴于迪亚斯团队有被《自然》撤稿的情况，由一个独立的小组对LuH2（氢化镥）的新发现进行复现将比以往任何时候都更为重要。

对于迪亚斯此次的研究有何具体疑点，中国科学院物理研究所研究员罗会仟3月10日发文称，令业界十分困惑的是其数据结论，该材料竟然在压力30 kbar（千巴）以下就已经有200 K（开尔文）以上的超导电性了，而且压力越低，超导临界温度Tc越高。最高的临界温度在10 kbar左右达到294 K，此后更低压力下超导温度下降到100 K以下。更匪夷所思的是，这个材料在常压是蓝色的小晶体，加压之后会变成粉色，最后变成了红色，和传统金属氢化物超导体观测到的黑色样品完全不一样。如此反常的温度-压力相图和奇怪的颜色变化，令人十分狐疑。

罗会仟认为，论文中给出的分子式里，镥和氮的比例几乎是1:1，氢的含量只有3左右，这和大家熟悉的稀土氢化物含氢在5和6甚至更多的情况不符。在氢含量如此低的情况下，根据他们给出的材料结构，氢原子的间距还很大，几乎可以排除是来自氢元素本身的超导。这些奇特的现象，令人似乎觉得“即使这个材料超导是真的，也不太像是传统的BCS超导体了。”

超导材料若获突破有何意义？超导时代要来了？

那么，如果该项研究结果为真，将产生什么影响呢？

尤立星对贝壳财经记者表示，即使迪亚斯的研究成果经过了确认，一万个大气压的高压还是没法直接应用，材料还需要进一步改进，距离真正应用还很遥远。

罗会仟表示，迪亚斯论文里提到的“近常压”（10 kbar）其实离我们熟悉的常压（1 bar，即1个大气压）还很远，事实上，一万个大气压，比世界上最深的马里亚纳海沟的压力还要强上十倍，如此高的压力，如何方便规模化产业应用？更何况，高压下制备的样品量是极少的，大部分是微克、毫克量级，压力腔大的装置生产的样品也不过数克而已，面对产业应用达到吨量级的产量，就是一条无法逾越的鸿沟。

不过，对超导材料进行突破仍然有着极其深远的科学意义，这是因为超导材料有零电阻和完全抗磁性两个特性，可应用在可控核聚变、电力输送、交通运输、医学成像等多个领域。

目前，可应用的超导材料往往需要极低温度才能达成超导特性，这对超导材料的应用在成本上是一个很大的限制，如果“常温常压超导材料”能够发现，那么技术原理清晰但成本高昂的磁悬浮列车将有可能广泛应用，电力输送时因电阻导致的电能损耗也将为零，我国每年节省下来的电能据公开数据分析能够达到1000多亿度。

根据罗切斯特大学官方网站消息，迪亚斯表示，通往超导消费电子产品、能量传输线、运输以及聚变磁约束的重大改进的途径现在已成为现实，“我们相信我们现在正处于现代超导时代。”

记者联系邮箱：luoyidan@xjbnews.com

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