近日，美國(guó)羅切斯特大學(xué)蘭加·迪亞斯研究團(tuán)隊(duì)宣布研發(fā)出一種在室溫和相對(duì)較低壓力條件下表現(xiàn)出超導(dǎo)性的材料。有學(xué)者稱(chēng)，這可能是超導(dǎo)歷史上的最大突破，但也有不少學(xué)者對(duì)此持觀望態(tài)度。盡管室溫超導(dǎo)是材料學(xué)界長(zhǎng)期追求的“圣杯”，但由于該研究團(tuán)隊(duì)的“前科”，這一成果能否得到認(rèn)可，還有待驗(yàn)證。
材料學(xué)界的“圣杯”
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(wú)損耗導(dǎo)電材料。電流流經(jīng)超導(dǎo)體，既不會(huì)發(fā)熱，也不會(huì)出現(xiàn)壓降，因此電流可以無(wú)衰減地在超導(dǎo)體中流動(dòng)。
刊發(fā)研究報(bào)告的英國(guó)《自然》雜志8日評(píng)論說(shuō)，盡管超導(dǎo)性聽(tīng)起來(lái)很有前途，但這種狀態(tài)目前只能在低溫或非常高的壓力下實(shí)現(xiàn)，而這兩種情況都不適合許多應(yīng)用場(chǎng)景，也大大限制了它們的大規(guī)模應(yīng)用。
長(zhǎng)期以來(lái)，尋找一種可以在環(huán)境條件下超導(dǎo)的材料一直是材料學(xué)研究的焦點(diǎn)。但自從1911年發(fā)現(xiàn)超導(dǎo)性以來(lái)，科學(xué)界一直未能破解室溫超導(dǎo)性的密碼。因此，迪亞斯團(tuán)隊(duì)宣布發(fā)現(xiàn)的近常壓的室溫超導(dǎo)體才如此引發(fā)關(guān)注。
迪亞斯研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)的室溫超導(dǎo)材料是由氮、氫和镥組成，可在約20.6攝氏度的溫度和10千巴（相當(dāng)于標(biāo)準(zhǔn)大氣壓的1萬(wàn)倍）的壓力下表現(xiàn)出超導(dǎo)性。
不過(guò)，研究論文也指出，還需要進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)和模擬來(lái)確定氫和氮的確切化學(xué)計(jì)量及其各自的原子位置，以進(jìn)一步了解該材料的超導(dǎo)狀態(tài)。
超導(dǎo)材料應(yīng)用具有廣泛前景
“在我們?nèi)找骐姎饣氖澜缰?，如果擁有在室溫和環(huán)境壓力下能夠以零電阻導(dǎo)電的材料，那么這種材料的影響將是驚人的——想象一下，將電力傳輸數(shù)千公里而基本上沒(méi)有損失?！薄蹲匀弧冯s志說(shuō)。
研究人員表示，這種超導(dǎo)材料的研發(fā)預(yù)示著室溫超導(dǎo)體及應(yīng)用技術(shù)的曙光到來(lái)。這將使超導(dǎo)電子消費(fèi)產(chǎn)品、能量傳輸以及磁約束聚變的改進(jìn)等成為現(xiàn)實(shí)。
很明顯，如果電線都采用超導(dǎo)體，那就不會(huì)存在能量衰減，超導(dǎo)體的意義顯而易見(jiàn)?，F(xiàn)階段使用的特高壓輸電技術(shù)，其實(shí)就是提高輸電線的電壓，來(lái)盡可能降低能量損耗。如果使用了超導(dǎo)電線，將完全不存在這個(gè)問(wèn)題，徹底改寫(xiě)整個(gè)行業(yè)，比如可以直接以市電電壓傳輸電力，完全不需要變電站。
事實(shí)上，超導(dǎo)體在日常生活中已經(jīng)有了應(yīng)用，醫(yī)院的核磁共振設(shè)備便采用了超導(dǎo)體，這就涉及了超導(dǎo)體的另一重大應(yīng)用方向，即產(chǎn)生大磁場(chǎng)。利用電流可以得到磁場(chǎng)，電流越大，磁場(chǎng)越強(qiáng)。然而，電流傳輸過(guò)程中由電阻導(dǎo)致產(chǎn)生的焦耳熱會(huì)損耗相當(dāng)一部分電能，由此超導(dǎo)體的意義就變得顯而易見(jiàn)了。
團(tuán)隊(duì)“前科”讓人存疑
盡管研究成果轟動(dòng)科學(xué)界，但目前很多人仍對(duì)這個(gè)結(jié)果持觀望態(tài)度。一方面是因?yàn)橹貜?fù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果還沒(méi)出來(lái)，另一方面則是迪亞斯團(tuán)隊(duì)的“前科”。
《自然》雜志評(píng)論指出，迪亞斯研究團(tuán)隊(duì)的“這些測(cè)量都是一致且全面的。然而，研究作者的發(fā)現(xiàn)毫無(wú)疑問(wèn)會(huì)引發(fā)爭(zhēng)議，因?yàn)橥粓F(tuán)隊(duì)的研究人員此前關(guān)于室溫超導(dǎo)性的研究報(bào)告被撤回”。評(píng)論強(qiáng)調(diào)：“對(duì)材料、其特性和制造過(guò)程的獨(dú)立測(cè)量將有助于消除對(duì)研究結(jié)果的任何疑慮?！?/span>
迪亞斯曾經(jīng)兩次聲稱(chēng)在超導(dǎo)領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)了遠(yuǎn)超同行的跨越式突破，但都沒(méi)有得到其他研究團(tuán)隊(duì)重復(fù)驗(yàn)證。此前，迪亞斯首先宣稱(chēng)自己在高壓下合成了金屬氫，相關(guān)文章發(fā)表在美國(guó)《科學(xué)》雜志上，但其他研究組未能重復(fù)驗(yàn)證，而他本人后來(lái)宣稱(chēng)，由于保存不當(dāng)，保存金屬氫的裝置壓力泄露，最終金屬氫因?yàn)閴毫Σ蛔闫Я恕：髞?lái)，迪亞斯也沒(méi)有再合成金屬氫。由此，金屬氫成了一樁“懸案”。
此后，2020年秋季，迪亞斯團(tuán)隊(duì)的研究再次引發(fā)轟動(dòng)，他們?cè)凇蹲匀弧冯s志論文中報(bào)告了一種含碳、硫、氫的化合物在約15攝氏度下表現(xiàn)出超導(dǎo)性能。但后續(xù)多個(gè)研究組試圖重復(fù)該實(shí)驗(yàn)未果，并由于迪亞斯未披露原始數(shù)據(jù)，多人認(rèn)為其在磁化率的數(shù)據(jù)處理中使用了錯(cuò)誤的方法，得到了并不能算正確的結(jié)論。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。
不過(guò)，由于此次研究所需的壓強(qiáng)在實(shí)驗(yàn)室條件下相對(duì)容易實(shí)現(xiàn)，其他研究團(tuán)隊(duì)重復(fù)驗(yàn)證這一成果的門(mén)檻并不高。如果新實(shí)驗(yàn)的結(jié)果能被其他研究團(tuán)隊(duì)復(fù)制，那這一成果就可能是“革命性”的，將有望沖擊諾貝爾獎(jiǎng)，而如果多個(gè)實(shí)驗(yàn)室都無(wú)法復(fù)現(xiàn)，那大概率又是一顆“空衛(wèi)星”。畢竟，任何科學(xué)研究都不是一家之言，必須能夠經(jīng)得起驗(yàn)證。
