这场室温超导研究，要么是惊天乌龙，要么将改变世界
发布时间：2023-03-10 08:50:49 所属栏目：外闻 来源：
导读：在美国物理学会（APS）3月年会上，罗切斯特大学的拉甘‧ 迪亚斯（Ragan P. Dias）团队扔下一枚“重磅炸弹”， 宣称在1GPa（约等于1万个大气压）的压强下，镥-氮-氢体系材料中 实现了室温超导。
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在美国物理学会（APS）3月年会上，罗切斯特大学的拉甘‧ 迪亚斯（Ragan P. Dias）团队扔下一枚“重磅炸弹”， 宣称在1GPa（约等于1万个大气压）的压强下，镥-氮-氢体系材料中 实现了室温超导。 这个消息一出来,瞬间成为了科学圈和媒体界的一个话题。不过，看到这里的你，可能会有很多问题：超导是什么？室温超导又是什么？为什么这么多人都在关注这项研究成果？ 物理上，超导（superconductivity）是材料在低于一定温度时 电阻变为0的现象，转变后的材料称为超导体（superconductor）。 如果电路由超导体组成，电荷就能在电路中自由自在地奔跑，电流会一直流动下去。在一个超导铅制成的环路中，可以连续几个月都观测不到电流减弱的迹象。 超导现象最早由荷兰物理学家海克·卡末林·昂内斯（Heike Kamerlingh Onnes）发现。 1911年，他用液氦将水银的温度降低到4.2K（约为-269℃）附近时，惊奇地发现水银的电阻突然消失了。后续人们发现铅、铌等元素也有类似的电阻突变为0的性质。 这里的K念作开尔文，和摄氏度一样，也是温度的一种计量单位。数值上，它只需要减去273.15就是摄氏度。比如说，4.2K就是-268.95℃。绝对零度指的是0 K，相当于-273.15℃。 1933年，德国物理学家瓦尔特·迈斯纳（Walther Meißner）和罗伯特·奥克森菲尔德（Robert Ochsenfeld）发现，材料转变成超导体后，就好像武僧穿上了金钟罩，体内的磁场会全部排斥在外。 根据超导体的完全抗磁性，可以做一个有趣的实验：在超导体的正下方放置一个磁体，磁体在周围产生磁场，而超导体的内部不允许磁场存在，从而产生相反磁场，与磁体互相排斥。 电影《阿凡达》里的哈里路亚山，按照设定，便是超导矿物在磁场中悬浮的结果 | 《阿凡达》剧照 超导体进行长距离大容量输电，能极大的减少能量浪费 | instituteforenergyresearch.org 可惜，理想很丰满，现实很骨感。直到目前为止，超导体的实际应用还主要集中在粒子加速器、磁悬浮、超导量子干涉仪等特定情境中。在电力工程方面，尤其是被寄予厚望的超导长距离输电，大范围应用仍然遥遥无期。 材料转变为超导体的温度被称为 超导临界温度（T c ）， 低于这个T c ，超导体自身就拥有电导性,所以它的电导率极低。 想象一下，辛辛苦苦建造一条几百公里的超导输电线，还需要全程浸泡在液氮中冷却，成本得多么夸张！ 所以为了让超导体得到更广泛的应用，必须要找到T c 更高、最好是室温条件下（大约300K左右）也能保持超导性质的材料。 在最开始的70多年内，T c 的上限连突破30K都很困难，甚至有理论提出超导体的T c 不可能超过40K，给大家泼了好大一盆冷水。 柏诺兹（右）和缪勒（左）因为高温超导体的发现而获得1987年诺贝尔物理学奖 | Keystone / Str 直到1989年，IBM公司的工程师约翰内斯·贝德诺尔茨（Johannes Bednorz）和卡尔·缪勒（Karl Müller）在镧-钡-铜-氧体系中提出可能存在35K的超导电性，其他研究团队在后续实验中发现，这种铜氧体系的T c 竟然最高能达到138K（HBCCO），一下子把记录提高了超过100K！ 物理学家将这类铜氧化物超导体称为 高温超导体，柏诺兹和缪勒也因此获得了1987年的诺贝尔物理学奖。 虽然名为 高温超导体，但也只 是相对于先前40K的低温而言的，铜氧化物的T c 和物理学家的最终目标还有一定距离。 高压物理学家埃雷米茨刷新了超导临界温度的最高记录 | MPIC, Carsten Costard 虽然这种在 超高压下的超导体缺乏实际应用场景，但仍然是令人激动的温度突破。 说到这里，这次扔下室温超导“重磅炸弹”的拉甘‧迪亚斯就要登场了。 2020年，迪亚斯在《自然》杂志上发表了一篇关于室温超导的论文，引发巨大轰动。 迪亚斯的实验方式主要是对碳、硫、氢气混合形成的材料用激光照射和金刚石挤压，发现材料在极高压下能达到287.7K的临界温度。这是 首次有实验结果表明T c 达到室温 ，瞬间在全世界的科研圈和媒体圈中引发了轰动。一时间，似乎室温超导这一终极梦想距离现实已近在咫尺。 然而，众人的热情很快被质疑声浇灭。迪亚斯的这篇论文发表后，众多学术界大牛对他的实验数据表示怀疑，比如说像磁化率的原始数据和数据处理缺乏依据，之前做出硫化氢超导的埃雷米茨尝试了6次也 没能复现出迪亚斯的实验结果。 迪亚斯的最新实验结果究竟是超导物理研究的重要里程碑，还是又一场学术界的闹剧，还有待科学家进一步研究和讨论。 刘寒雨教授，吉林大学物理学院，研究方向：极端条件下的材料、高压下的氢和氦化合物、新型超导材料的计算设计 上次撤稿的nature文章里报道的是在极端高压强下（大于100万大气压强）的室温超导电性，而本次工作中报道的是1万大气压强下的室温超导电性。压强很低，可以做更多表征证明它的超导电性。 上一个C-S-H的工作是在百万大气压以上的压力下合成并测量的，金刚石台面及样品只有微米级，相关的测量非常有难度，也容易引入各种不确定的实验失误。 这次Lu-N-H的工作是在近常压下完成了，金刚石台面及样品可达到几十甚至百微米以上，相关的物理量测试的精度会更高，准确性会更强。 这个工作（如果后续证实是对的），解决了富氢化合物（近）室温超导所需要的极为苛刻的超高压条件（百万大气压以上），极大的推动了这一体系真正在常压下实现实用化的进程。 （编辑：汽车网） 【声明】本站内容均来自网络，其相关言论仅代表作者个人观点，不代表本站立场。若无意侵犯到您的权利，请及时与联系站长删除相关内容! |
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