美國時(shí)間3月7日，在國際物理學(xué)界的盛會美國物理學(xué)會的三月會議上，羅徹斯特大學(xué)的Ranga Dias教授宣布在近環(huán)境壓強(qiáng)下實(shí)現(xiàn)了室溫超導(dǎo)。其報(bào)告的題目是：Observation of Room Temperature Superconductivity in Hydride at Near Ambient Pressure。北京時(shí)間3月8日晚上，其成果在Nature上在線刊出。消息一出，迅速刷屏，不僅學(xué)界關(guān)心，產(chǎn)業(yè)界也殊為關(guān)心。如若實(shí)驗(yàn)最終能重復(fù)驗(yàn)證，將是一個(gè)極具廣泛影響的爆炸性突破。

撰文?|?董唯元、譚瑩

昨天（3月8日），一則關(guān)于超導(dǎo)的消息刷遍全網(wǎng)，就連平日里熱衷養(yǎng)生和美食的微信群都畫風(fēng)驟變開始熱烈地關(guān)注遠(yuǎn)在美國拉斯維加斯舉行的一場物理學(xué)術(shù)會議。在這場APS（美國物理學(xué)會）的年度會議上（編注：欲了解APS的這一盛會，可閱讀文后相關(guān)閱讀1），羅切斯特大學(xué)的Ranga Dias教授又報(bào)告了驚人的最新成果：在1GPa壓強(qiáng)下實(shí)現(xiàn)了零上21℃（294K）的室溫超導(dǎo)！據(jù)現(xiàn)場傳回的消息和畫面，會場內(nèi)外一度被擠得水泄不通而超過了安防要求，保安急得奮力驅(qū)趕人群。

為什么說“又”呢？早在28個(gè)月前的2020年10月，這位Ranga Dias教授和他的團(tuán)隊(duì)就在《自然》雜志上發(fā)表了在碳?xì)淞颍–-H-S）中發(fā)現(xiàn)室溫超導(dǎo)的成果。當(dāng)時(shí)的成績是，在267GPa的壓強(qiáng)下實(shí)現(xiàn)15℃的超導(dǎo)。這一成果在當(dāng)時(shí)就吸引了許多社會關(guān)注，我自己還急吼吼地寫了篇原理性的介紹（詳見《超高壓下首次實(shí)現(xiàn)室溫超導(dǎo)》）。
可惜2020年那篇論文后來受到許多質(zhì)疑，最終在作者反對的情況下被期刊強(qiáng)行撤稿。而這次的新成果是基于三元?dú)浠铮∟-Lu-H）的，具體說是氮摻雜氫化镥（nitrogen-doped lutetium hydride, NDLH），其結(jié)論最終是否能得到學(xué)術(shù)界的認(rèn)可，需要其他實(shí)驗(yàn)組來重復(fù)檢驗(yàn)。

在論文上線前，一位不便透露姓名的超導(dǎo)科學(xué)家A對《返樸》表示，直覺該結(jié)果“too good to be true. ”他稱，以前就有人用傳統(tǒng)的BCS理論預(yù)言過，但關(guān)鍵是材料很難實(shí)現(xiàn)，現(xiàn)在Ranga Dias魔術(shù)般做出來了。
中國科學(xué)院物理研究所研究員孫力玲在接受《返樸》采訪時(shí)表示：“值得注意的是，Dias報(bào)告中給出的樣品照片的顏色為藍(lán)色，與我們通?？吹降某瑢?dǎo)體具有的黑色和褐色等完全不同。如果其顏色是樣品的本色，說明即使將來其它研究組可以從實(shí)驗(yàn)上證實(shí)其超導(dǎo)電性，這種超導(dǎo)體也不應(yīng)該是我們以前所知道的超導(dǎo)體。”

她說：“人們期待這件事情能夠被更多的實(shí)驗(yàn)研究組所驗(yàn)證。就像在1987年的美國APS三月會議上對銅氧化物超導(dǎo)體研究掀起的熱潮，使人們在很短的時(shí)間里，對銅氧化的超導(dǎo)電性有了確定的認(rèn)識，并制備出了許多突破液氮溫區(qū)的超導(dǎo)體。也使得銅氧化物超導(dǎo)體的發(fā)現(xiàn)者繆勒和班諾茲當(dāng)年就獲得了諾貝爾物理學(xué)獎?！?br>這次之所以十分轟動，是因?yàn)槿绻@次的實(shí)驗(yàn)被認(rèn)可的話，那無疑將是一個(gè)極具商業(yè)價(jià)值的成果，其意義比2020年的那次烏龍成果還重要得多。兩年半之前的那個(gè)成果，即使是真實(shí)的，也需要270萬個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓的壓強(qiáng)，這差不多接近地球中心處的壓強(qiáng)，是現(xiàn)代工藝技術(shù)難以企及的條件。而Ranga Dias教授如今所宣稱的結(jié)論，是在1萬個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下實(shí)現(xiàn)室溫超導(dǎo)，這就一下子把工藝難度大大降低了。這僅相當(dāng)于馬里亞納海溝處海水自然壓強(qiáng)的10倍，或是地殼與地幔交界處的壓強(qiáng)。
孫力玲說：“新報(bào)道的超導(dǎo)體在很低的壓力下（1GPa）就可以獲得，這個(gè)壓力在商業(yè)化的實(shí)驗(yàn)設(shè)備（通常<3GPa）都可以輕易實(shí)現(xiàn)，在實(shí)驗(yàn)技術(shù)上并沒有壁壘?！?br>在APS的報(bào)告會上，Ranga Dias教授本來并未透露太多實(shí)驗(yàn)細(xì)節(jié)，但北京時(shí)間3月8日晚間，該工作于Nature在線發(fā)布（點(diǎn)擊微信頁面左下方“閱讀原文”可獲取）。孫力玲說：“Dias教授在剛發(fā)表的Nature文章中給出了制備方法和大致的化學(xué)組分，因而其它研究組應(yīng)該在短時(shí)間內(nèi)就會對其實(shí)驗(yàn)結(jié)果加以證實(shí)?！?br>中國科學(xué)院物理研究所研究員羅會仟也告訴《返樸》：“（論文）公布了很多實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，還有視頻，而且條件很一般，很容易被重復(fù)，很快見分曉?！?br>

如此友好的實(shí)驗(yàn)條件要求，令人不禁感覺假如能證實(shí)為真，分分鐘就可以將其應(yīng)用于各種工業(yè)乃至生活場景之中（編注：室溫超導(dǎo)到底將帶來什么，請關(guān)注《返樸》后續(xù)解讀）。難怪有許多原本不關(guān)心物理學(xué)的商界人士，都在第一時(shí)間認(rèn)真打聽這個(gè)成果的靠譜程度，有些商業(yè)大拿甚至還想惡補(bǔ)一下關(guān)于超導(dǎo)方面的理論知識。
在外人看來，物理學(xué)是門非常講究原理模型和理論計(jì)算的學(xué)問。理論物理學(xué)家們也經(jīng)常提及“電子反常磁矩”這個(gè)老梗，來彰顯物理學(xué)的精神所在。這個(gè)物理量的理論預(yù)測值與實(shí)驗(yàn)測量值在至少12位有效數(shù)字上保持一致，是確認(rèn)精度最高的常數(shù)。

然而超導(dǎo)物理的研究現(xiàn)狀，卻很難體現(xiàn)這種榮光。事實(shí)上，與粒子物理相比，超導(dǎo)物理更像是一門玄學(xué)。研究者通過紛繁混雜的朦朧線索，幾乎像大海撈針一樣嘗試各種可能的材料。
目前所發(fā)現(xiàn)的各種超導(dǎo)材料可謂五花八門，其中包括金屬單質(zhì)、含金屬化合物、非金屬單質(zhì)、非金屬化合物……許多材料在普通條件下就是完全絕緣的陶瓷，只有在極特殊的環(huán)境下才展現(xiàn)出超導(dǎo)特性。當(dāng)然這也充分地說明，超導(dǎo)現(xiàn)象是一種普遍存在的特性，并不限于特定的元素或材料類型。

然而越是普遍存在的特性，其背后的基本原理往往隱藏得越深。自從1911年超導(dǎo)現(xiàn)象被首次發(fā)現(xiàn)之后，理論研究者就試圖對這種神奇的現(xiàn)象做出理論解釋。如今100多年過去了，物理學(xué)家們也確實(shí)提出了許多理論。
可每個(gè)理論都只能解釋一部分超導(dǎo)現(xiàn)象，目前還沒有一個(gè)統(tǒng)一的理論可以解釋所有的超導(dǎo)特性。我們只知道超導(dǎo)和超流一樣，是量子效應(yīng)在宏觀世界的展現(xiàn)，但那些限定觸發(fā)機(jī)制、方式和條件的底層要素，卻始終難以捕捉。
如果想判斷一個(gè)材料的可燃性，只需在計(jì)算機(jī)上簡單計(jì)算一下化學(xué)鍵的結(jié)合能就直接做出判斷，而不必真的用火柴去點(diǎn)燃它。這正是因?yàn)槲覀兝斫饬恕叭紵边@個(gè)特性的底層要素。而對超導(dǎo)而言，我們的理解程度還遠(yuǎn)未達(dá)到這種程度。
其實(shí)整個(gè)學(xué)界也非常期盼超導(dǎo)理論的建立，這從諾獎的發(fā)放情況就可見一斑。幾乎每次超導(dǎo)理論的重要建樹都會得到諾貝爾獎委員會的格外青睞，至今已經(jīng)有5次諾獎?lì)C發(fā)給了超導(dǎo)領(lǐng)域，分別是1913年（超導(dǎo)現(xiàn)象首次發(fā)現(xiàn)）、1972（BCS理論）年、1973年（約瑟夫森效應(yīng)）、1987年（陶瓷材料的超導(dǎo)現(xiàn)象）和2003年（超導(dǎo)和超流的新理論）。
其中1972年三位獲獎?wù)咧械腏ohn Bardeen是史上唯一獲得過兩次諾獎的物理學(xué)家，他在1956年因發(fā)明晶體管而獲得諾獎。要知道，就連愛因斯坦都只因解釋光電效應(yīng)拿過一次諾獎，他的狹義相對論和廣義相對論都沒再幫他拿過第二次。由此可見諾獎委員會是多么認(rèn)可BCS理論的問世。
然而即便像BCS理論這樣一個(gè)已經(jīng)寫入教科書的理論，其實(shí)也只能解釋一小部分已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的超導(dǎo)現(xiàn)象。有趣的是，專業(yè)人士口中超導(dǎo)現(xiàn)象被劃分為“常規(guī)超導(dǎo)”和“非常規(guī)超導(dǎo)”兩大類。而所謂非常規(guī)超導(dǎo)，就是指不能用BCS理論來解釋的那些超導(dǎo)現(xiàn)象。比如前幾年曾經(jīng)大熱的石墨烯，就是典型的非常規(guī)超導(dǎo)。
前述超導(dǎo)專家A教授說，如果此次的發(fā)現(xiàn)最終能被重復(fù)出來，驗(yàn)證為真，其理論解釋還是傳統(tǒng)的BCS，理論上并沒有太多新的可做，難度在于如何實(shí)現(xiàn)材料。當(dāng)被問及新興的AI輔助設(shè)計(jì)材料是否能堪大任時(shí)，他表示難度很大，因?yàn)橛?jì)算機(jī)有較大的局限性，好做的都是傳統(tǒng)弱關(guān)聯(lián)材料，這類材料的物理機(jī)制都清楚，相當(dāng)于變一下參量，而對強(qiáng)關(guān)聯(lián)材料，計(jì)算機(jī)無能為力。
在超導(dǎo)現(xiàn)象的探索過程中，理論研究者苦苦思索，而實(shí)驗(yàn)研究者靠著創(chuàng)意、勇氣、耐心和運(yùn)氣前行?！斗禈恪穼⒊掷m(xù)關(guān)注此事的后續(xù)進(jìn)展，并于明日繼續(xù)邀請專業(yè)人士進(jìn)行解讀，敬請期待！

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