電子發(fā)燒友網(wǎng)報(bào)道（文/黃山明）近日，美國(guó)物理學(xué)會(huì)（APS）網(wǎng)站消息顯示，紐約羅切斯特大學(xué)的物理學(xué)家Ranga Dias在拉斯維加斯舉辦了題為“靜態(tài)超導(dǎo)實(shí)驗(yàn)”的報(bào)告會(huì)議。會(huì)議中該團(tuán)隊(duì)宣布，他們已經(jīng)創(chuàng)造出一種可在實(shí)際條件（practical conditions）下工作的超導(dǎo)體。

超導(dǎo)體是指在特定溫度以下，電阻為零的導(dǎo)體，零電阻和完全抗磁性是超導(dǎo)體的兩個(gè)重要特性。如果能夠在室溫狀態(tài)下實(shí)現(xiàn)超導(dǎo)體，那將意味著電子產(chǎn)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(dòng)汽車(chē)跑的更快，電器使用更加便利。

美國(guó)實(shí)驗(yàn)室宣稱(chēng)發(fā)現(xiàn)室溫超導(dǎo)體

導(dǎo)體都有電阻，這在過(guò)去已經(jīng)是公認(rèn)的事實(shí)。然而在對(duì)導(dǎo)體進(jìn)行深入研究時(shí)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)溫度降至極低的情況下，導(dǎo)體的電阻便會(huì)突然消失，這種現(xiàn)象被稱(chēng)為超導(dǎo)現(xiàn)象，而實(shí)現(xiàn)超導(dǎo)現(xiàn)象的物體便是超導(dǎo)體。

在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，如果導(dǎo)體電阻的測(cè)量值低于10-25Ω，便可以認(rèn)為該物體的電阻為零。但大多數(shù)物質(zhì)只有達(dá)到某個(gè)超低溫才會(huì)出現(xiàn)這一狀態(tài)。超導(dǎo)體電阻轉(zhuǎn)變?yōu)榱愕臏囟?，被稱(chēng)為超導(dǎo)臨界溫度，因此超導(dǎo)材料可以分為低溫超導(dǎo)體和高溫超導(dǎo)體。這里的高溫指的是相對(duì)于絕對(duì)零度而言，溫度大于-200℃，但也遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于0℃。

通常情況下，由于導(dǎo)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(dǎo)體的出現(xiàn)，導(dǎo)致其電阻幾乎為零，根據(jù)歐姆定律，意味著電流和電壓可以達(dá)到無(wú)限大。換而言之，超導(dǎo)體可以用于傳輸巨量的電流，甚至實(shí)現(xiàn)百分之百的電流傳輸。

普通導(dǎo)體由于電阻的原因，通過(guò)電流時(shí)會(huì)產(chǎn)生熱量，意味著電流在對(duì)導(dǎo)體做功，這樣在長(zhǎng)距離輸電時(shí)，損耗極大。超導(dǎo)材料由于幾乎沒(méi)有電阻，因此能夠使電流自由地在導(dǎo)體內(nèi)傳輸，理論上使用超導(dǎo)體，可以讓電流完整的從電廠(chǎng)傳輸?shù)綌?shù)萬(wàn)公里之外的城市。

但問(wèn)題在于，常溫條件下，幾乎沒(méi)有任何物質(zhì)的電阻為零，超導(dǎo)材料也是導(dǎo)體在超低溫環(huán)境下才會(huì)出現(xiàn)的特殊現(xiàn)象。想要實(shí)際應(yīng)用超導(dǎo)體，則需要讓導(dǎo)體在常溫條件下也顯現(xiàn)出超導(dǎo)現(xiàn)象。

此次美國(guó)的Dias團(tuán)隊(duì)便表示，其開(kāi)發(fā)的新材料可以在更寬松的環(huán)境條件下表現(xiàn)出超導(dǎo)性。據(jù)美國(guó)媒體報(bào)道，Dias團(tuán)隊(duì)在最新的實(shí)驗(yàn)中研發(fā)出了一款由氫、氮和镥制成的材料，并宣稱(chēng)該材料可以在約21℃的溫度以及10Kbar的壓力下便能進(jìn)入超導(dǎo)狀態(tài)。

如果該材料為真，意味著距離超導(dǎo)體在室溫狀態(tài)下的使用又邁進(jìn)了一大步。當(dāng)然，即便目前的這款材料被證實(shí)可以在常溫下實(shí)現(xiàn)超導(dǎo)現(xiàn)象，但想要做到也不容易，10Kbar的壓力也不容小覷。

舉個(gè)例子，目前我們用來(lái)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(dāng)于在10萬(wàn)米深水下的壓力。當(dāng)然，這種壓力已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于其他室溫超導(dǎo)體所需要的數(shù)兆bar。Dias表示，這是可用于實(shí)際應(yīng)用的新型材料的開(kāi)端。

同時(shí)，對(duì)于這次的材料Dias團(tuán)隊(duì)很有信心，在其接受媒體采訪(fǎng)時(shí)表示，這項(xiàng)工作已經(jīng)在羅徹斯特大學(xué)實(shí)驗(yàn)室和其它實(shí)驗(yàn)室重復(fù)過(guò)好幾次，并有第三方觀(guān)察和獨(dú)立的工作驗(yàn)證，并且論文已經(jīng)過(guò)同行審議，符合該出版物的嚴(yán)格標(biāo)準(zhǔn)。不過(guò)Dias也提到，要將室溫超導(dǎo)材料的發(fā)現(xiàn)應(yīng)用到任何規(guī)模的現(xiàn)實(shí)世界中，還需要數(shù)年的艱苦工作。

讓子彈再飛一會(huì)兒

或許對(duì)于大多數(shù)人而言，對(duì)Ranga Dias并不熟悉，但在業(yè)內(nèi)，也算是聲名遠(yuǎn)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(xué)位期間，便號(hào)稱(chēng)首次在實(shí)驗(yàn)室中獲得金屬氫。

1935年科學(xué)家首次預(yù)測(cè)用足夠的壓力擠壓，氫就呈現(xiàn)出導(dǎo)電性這種金屬態(tài)特征以來(lái)，在實(shí)驗(yàn)室里制備金屬氫一直被譽(yù)為高壓物理學(xué)的“圣杯”。Ranga Dias團(tuán)隊(duì)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(yù)壓縮”形態(tài)并促進(jìn)金屬氫的形成。但在其他業(yè)者復(fù)現(xiàn)時(shí)發(fā)現(xiàn)，在360GPa下，純氫和摻雜氬原子的氫都沒(méi)有變金屬。

正當(dāng)業(yè)界呼吁哈佛大學(xué)做進(jìn)一步驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)時(shí)，Dias卻表示驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)可能會(huì)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(gè)月，該團(tuán)隊(duì)便對(duì)外宣稱(chēng)，因操作失誤，樣本消失了。

到2020年，來(lái)到羅徹斯特大學(xué)的Ranga Dias團(tuán)隊(duì)又在Nature上發(fā)文，聲稱(chēng)在267Gpa的高壓下，在碳?xì)淞蚧衔镏袑?shí)現(xiàn)了15℃的情況下出現(xiàn)超導(dǎo)現(xiàn)象。但這一發(fā)現(xiàn)備受質(zhì)疑，其他科學(xué)團(tuán)隊(duì)課題組無(wú)法復(fù)現(xiàn)Ranga Dias團(tuán)隊(duì)近室溫超導(dǎo)的實(shí)驗(yàn)，在這種強(qiáng)烈的質(zhì)疑下，Nature最終于2022年9月26日將其撤稿。

而今時(shí)隔僅六個(gè)月，Ranga Dias便號(hào)稱(chēng)突破了室溫超導(dǎo)技術(shù)，雖然技術(shù)上的突破值得欣喜，但鑒于Dias團(tuán)隊(duì)的“前科”，對(duì)于該材料的真實(shí)性還需要謹(jǐn)慎驗(yàn)證。

同時(shí)有內(nèi)業(yè)人士透露，此次根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)所公布出來(lái)的超導(dǎo)材料的超導(dǎo)性用的是比較公認(rèn)的磁化率數(shù)據(jù)通常情況下，用數(shù)據(jù)減去消除噪音后的數(shù)據(jù)，得出的就是被消除掉的噪聲數(shù)據(jù)，但噪聲基本無(wú)規(guī)律，因此數(shù)據(jù)結(jié)果也應(yīng)該是無(wú)規(guī)律的。

此前被Nature所撤稿的原因便是由于其測(cè)試的噪聲數(shù)據(jù)非常有規(guī)律，噪聲點(diǎn)間距幾乎全部呈現(xiàn)為0.16555的整數(shù)倍，因此被懷疑利用噪聲數(shù)據(jù)作假。

但此次公布出來(lái)的超導(dǎo)性曲線(xiàn)圖非常有規(guī)律，并且曲線(xiàn)非常平滑。相當(dāng)于用外部設(shè)置了加力磁場(chǎng)的單擺做出了無(wú)衰減擺動(dòng)實(shí)驗(yàn)，便聲稱(chēng)做出了永動(dòng)機(jī)一樣。

不過(guò)Dias在接受媒體采訪(fǎng)時(shí)回應(yīng)稱(chēng)，團(tuán)隊(duì)已經(jīng)重新提交了2020年的論文供Nature雜志再次審議，因?yàn)镹ature雜志編輯當(dāng)時(shí)提出的問(wèn)題對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的質(zhì)量或團(tuán)隊(duì)得出的結(jié)論沒(méi)有影響。

而常溫超導(dǎo)體的實(shí)現(xiàn)，將極大改變?nèi)藗兪褂?、存?chǔ)和運(yùn)輸能源的方式，比如超導(dǎo)體可以應(yīng)用在量子計(jì)算機(jī)中，幫助其實(shí)現(xiàn)更高的性能表現(xiàn)，只需要將普通芯片替換成超導(dǎo)體材料制作的芯片，便能夠?qū)崿F(xiàn)量子計(jì)算機(jī)。利用其磁懸浮特性，利用在機(jī)械研發(fā)上，可以讓機(jī)械的制動(dòng)效率和速度大大增加等。

當(dāng)然，這一切都需要建立在室溫超導(dǎo)體材料的確為真的前提下，在Ranga Dias團(tuán)隊(duì)已經(jīng)公開(kāi)論文以及發(fā)布了實(shí)驗(yàn)過(guò)程之后，相信在全球科學(xué)團(tuán)隊(duì)的驗(yàn)證后，很快便能夠知道結(jié)果是什么。

寫(xiě)在最后

超導(dǎo)技術(shù)出現(xiàn)至今已有數(shù)十年的歷史，但這種技術(shù)卻依舊只存在于實(shí)驗(yàn)室當(dāng)中。這種20世紀(jì)物理學(xué)的重要成就，到了21世紀(jì)卻仍然遲遲無(wú)法實(shí)現(xiàn)商用化，而超導(dǎo)體也被成為凝聚態(tài)物理的圣杯，被眾多科學(xué)家競(jìng)相追逐。

而今，美國(guó)Ranga Dias宣布實(shí)現(xiàn)了室溫狀態(tài)下的超導(dǎo)體，盡管這個(gè)團(tuán)隊(duì)有種種“前科”，不過(guò)作為普羅大眾的一員，還是由衷希望此次的常溫超導(dǎo)體能夠復(fù)現(xiàn)，畢竟對(duì)于人類(lèi)社會(huì)而言，超導(dǎo)體的商用化將極大促進(jìn)科技的進(jìn)步。不過(guò)科學(xué)畢竟是嚴(yán)謹(jǐn)?shù)?，就讓我們靜待全球各大實(shí)驗(yàn)組的驗(yàn)證結(jié)果吧。