美國宣布突破室溫超導技術，真相讓子彈飛一會兒

電子發(fā)燒友網報道（文/黃山明）近日，美國物理學會（APS）網站消息顯示，紐約羅切斯特大學的物理學家Ranga Dias在拉斯維加斯舉辦了題為“靜態(tài)超導實驗”的報告會議。會議中該團隊宣布，他們已經創(chuàng)造出一種可在實際條件（practical conditions）下工作的超導體。

超導體是指在特定溫度以下，電阻為零的導體，零電阻和完全抗磁性是超導體的兩個重要特性。如果能夠在室溫狀態(tài)下實現超導體，那將意味著電子產品的巨大變革，如電腦性能提升上百倍，家庭用電量降低，但燈光卻更亮，電動汽車跑的更快，電器使用更加便利。

美國實驗室宣稱發(fā)現室溫超導體

導體都有電阻，這在過去已經是公認的事實。然而在對導體進行深入研究時發(fā)現，當溫度降至極低的情況下，導體的電阻便會突然消失，這種現象被稱為超導現象，而實現超導現象的物體便是超導體。

在實驗過程中，如果導體電阻的測量值低于10-25Ω，便可以認為該物體的電阻為零。但大多數物質只有達到某個超低溫才會出現這一狀態(tài)。超導體電阻轉變?yōu)榱愕臏囟?，被稱為超導臨界溫度，因此超導材料可以分為低溫超導體和高溫超導體。這里的高溫指的是相對于絕對零度而言，溫度大于-200℃，但也遠遠低于0℃。

通常情況下，由于導體的電阻固定，電流和電壓成正比，這便是歐姆定律。然而，隨著超導體的出現，導致其電阻幾乎為零，根據歐姆定律，意味著電流和電壓可以達到無限大。換而言之，超導體可以用于傳輸巨量的電流，甚至實現百分之百的電流傳輸。

普通導體由于電阻的原因，通過電流時會產生熱量，意味著電流在對導體做功，這樣在長距離輸電時，損耗極大。超導材料由于幾乎沒有電阻，因此能夠使電流自由地在導體內傳輸，理論上使用超導體，可以讓電流完整的從電廠傳輸到數萬公里之外的城市。

但問題在于，常溫條件下，幾乎沒有任何物質的電阻為零，超導材料也是導體在超低溫環(huán)境下才會出現的特殊現象。想要實際應用超導體，則需要讓導體在常溫條件下也顯現出超導現象。

此次美國的Dias團隊便表示，其開發(fā)的新材料可以在更寬松的環(huán)境條件下表現出超導性。據美國媒體報道，Dias團隊在最新的實驗中研發(fā)出了一款由氫、氮和镥制成的材料，并宣稱該材料可以在約21℃的溫度以及10Kbar的壓力下便能進入超導狀態(tài)。

如果該材料為真，意味著距離超導體在室溫狀態(tài)下的使用又邁進了一大步。當然，即便目前的這款材料被證實可以在常溫下實現超導現象，但想要做到也不容易，10Kbar的壓力也不容小覷。

舉個例子，目前我們用來切割鋼材、金屬器件的水刀，壓力通常在100bar左右，而10Kbar是這種水刀壓力的100倍，相當于在10萬米深水下的壓力。當然，這種壓力已經遠遠低于其他室溫超導體所需要的數兆bar。Dias表示，這是可用于實際應用的新型材料的開端。

同時，對于這次的材料Dias團隊很有信心，在其接受媒體采訪時表示，這項工作已經在羅徹斯特大學實驗室和其它實驗室重復過好幾次，并有第三方觀察和獨立的工作驗證，并且論文已經過同行審議，符合該出版物的嚴格標準。不過Dias也提到，要將室溫超導材料的發(fā)現應用到任何規(guī)模的現實世界中，還需要數年的艱苦工作。

讓子彈再飛一會兒

或許對于大多數人而言，對Ranga Dias并不熟悉，但在業(yè)內，也算是聲名遠播了，但可能不是什么好的名聲。早在2017年，Ranga Dias還在哈佛攻讀博士學位期間，便號稱首次在實驗室中獲得金屬氫。

1935年科學家首次預測用足夠的壓力擠壓，氫就呈現出導電性這種金屬態(tài)特征以來，在實驗室里制備金屬氫一直被譽為高壓物理學的“圣杯”。Ranga Dias團隊使用了一種“摻雜”了氬原子的氫化合物Ar（H2）2，該化合物常用于建立一種“預壓縮”形態(tài)并促進金屬氫的形成。但在其他業(yè)者復現時發(fā)現，在360GPa下，純氫和摻雜氬原子的氫都沒有變金屬。

正當業(yè)界呼吁哈佛大學做進一步驗證性實驗時，Dias卻表示驗證性實驗可能會破壞他們寶貴的樣本。更離奇的是就在Ranga Dias論文發(fā)布后不到一個月，該團隊便對外宣稱，因操作失誤，樣本消失了。

到2020年，來到羅徹斯特大學的Ranga Dias團隊又在Nature上發(fā)文，聲稱在267Gpa的高壓下，在碳氫硫化合物中實現了15℃的情況下出現超導現象。但這一發(fā)現備受質疑，其他科學團隊課題組無法復現Ranga Dias團隊近室溫超導的實驗，在這種強烈的質疑下，Nature最終于2022年9月26日將其撤稿。

而今時隔僅六個月，Ranga Dias便號稱突破了室溫超導技術，雖然技術上的突破值得欣喜，但鑒于Dias團隊的“前科”，對于該材料的真實性還需要謹慎驗證。

同時有內業(yè)人士透露，此次根據現場所公布出來的超導材料的超導性用的是比較公認的磁化率數據通常情況下，用數據減去消除噪音后的數據，得出的就是被消除掉的噪聲數據，但噪聲基本無規(guī)律，因此數據結果也應該是無規(guī)律的。

此前被Nature所撤稿的原因便是由于其測試的噪聲數據非常有規(guī)律，噪聲點間距幾乎全部呈現為0.16555的整數倍，因此被懷疑利用噪聲數據作假。

但此次公布出來的超導性曲線圖非常有規(guī)律，并且曲線非常平滑。相當于用外部設置了加力磁場的單擺做出了無衰減擺動實驗，便聲稱做出了永動機一樣。

不過Dias在接受媒體采訪時回應稱，團隊已經重新提交了2020年的論文供Nature雜志再次審議，因為Nature雜志編輯當時提出的問題對實驗數據的質量或團隊得出的結論沒有影響。

而常溫超導體的實現，將極大改變人們使用、存儲和運輸能源的方式，比如超導體可以應用在量子計算機中，幫助其實現更高的性能表現，只需要將普通芯片替換成超導體材料制作的芯片，便能夠實現量子計算機。利用其磁懸浮特性，利用在機械研發(fā)上，可以讓機械的制動效率和速度大大增加等。

當然，這一切都需要建立在室溫超導體材料的確為真的前提下，在Ranga Dias團隊已經公開論文以及發(fā)布了實驗過程之后，相信在全球科學團隊的驗證后，很快便能夠知道結果是什么。

寫在最后

超導技術出現至今已有數十年的歷史，但這種技術卻依舊只存在于實驗室當中。這種20世紀物理學的重要成就，到了21世紀卻仍然遲遲無法實現商用化，而超導體也被成為凝聚態(tài)物理的圣杯，被眾多科學家競相追逐。

而今，美國Ranga Dias宣布實現了室溫狀態(tài)下的超導體，盡管這個團隊有種種“前科”，不過作為普羅大眾的一員，還是由衷希望此次的常溫超導體能夠復現，畢竟對于人類社會而言，超導體的商用化將極大促進科技的進步。不過科學畢竟是嚴謹的，就讓我們靜待全球各大實驗組的驗證結果吧。