科學(xué)家夢(mèng)寐以求的室溫超導(dǎo)終于實(shí)現(xiàn)了嗎？

昨天科學(xué)領(lǐng)域突現(xiàn)了一個(gè)重磅消息，甚至被認(rèn)為鎖定了今年的諾貝爾獎(jiǎng)，就是美國(guó)的一個(gè)科研團(tuán)隊(duì)宣布實(shí)現(xiàn)了室溫超導(dǎo)。

首先說(shuō)什么是超導(dǎo)？

1911年，荷蘭物理學(xué)家卡末林·昂內(nèi)斯發(fā)現(xiàn)，當(dāng)溫度降低至約-268.95℃得時(shí)候，浸泡在液氦里的金屬汞的電阻會(huì)消失。

簡(jiǎn)單的說(shuō)，導(dǎo)體在某種溫度下，呈現(xiàn)出電阻為零的狀態(tài)，這就是超導(dǎo)。

很明顯，這種低溫下實(shí)現(xiàn)的超導(dǎo)，并不具備太強(qiáng)的實(shí)用性能。例如在電力傳輸方面，總不能說(shuō)為了實(shí)現(xiàn)零電阻，給每根電線都掛上可以提供零下200多度的設(shè)備吧。所以提高實(shí)現(xiàn)超導(dǎo)的溫度，成了很多科學(xué)家的愿望。

那么在近日，終于出來(lái)好消息，來(lái)自美國(guó)羅徹斯特大學(xué)的一個(gè)團(tuán)隊(duì)，制備了一種新材料，在約21℃室溫，加壓到1萬(wàn)個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓的條件下，就實(shí)現(xiàn)了超導(dǎo)現(xiàn)象。這一消息可以說(shuō)引爆了人類物理界，在美國(guó)物理學(xué)會(huì)年會(huì)的活動(dòng)現(xiàn)場(chǎng)，來(lái)自世界各國(guó)的科學(xué)家齊聚一堂，還包括高溫超導(dǎo)先驅(qū)華裔科學(xué)家朱經(jīng)武教授。并且在發(fā)布廳門外，還聚集了大量沒(méi)有門票的科研領(lǐng)域人士，可見(jiàn)這次的室溫超導(dǎo)對(duì)物理界的沖擊有多大。

那么為什么室溫超導(dǎo)會(huì)受到如此的關(guān)注呢？

如果室溫超導(dǎo)能夠成真，那么例如粒子對(duì)撞機(jī)、可控核聚變、量子計(jì)算機(jī)、核磁共振、磁懸浮等都會(huì)迎來(lái)巨大突破，同時(shí)電力從發(fā)電廠到用戶傳輸過(guò)程中損耗一般在6%-10%的問(wèn)題，也將得到解決。這將徹底的改變我們現(xiàn)有的能源狀況，使得電力的應(yīng)用變得更加高效，人類的科技發(fā)展也勢(shì)必迎來(lái)加速。

那么室溫超導(dǎo)是如何實(shí)現(xiàn)的呢？這需要從上個(gè)世紀(jì)50年代說(shuō)起。

1957年，美國(guó)科學(xué)家約翰·巴丁，里昂·庫(kù)珀和約翰·施里佛提出了一個(gè)新的理論，并因此獲得了諾貝爾獎(jiǎng)。他們認(rèn)為，金屬外層自由電子在有電壓時(shí)，會(huì)流經(jīng)晶格點(diǎn)陣形成電流，但通常情況下，這種晶格點(diǎn)陣有缺陷，會(huì)因熱振動(dòng)使電流產(chǎn)生阻礙。而在超導(dǎo)體中，電子會(huì)被束縛形成“庫(kù)珀對(duì)”（Cooper pair），從而產(chǎn)生集體凝聚的波，這種波不同于自由電子，可以無(wú)阻礙地穿越晶格點(diǎn)陣。這也是人類首次對(duì) 超導(dǎo)現(xiàn)象進(jìn)行的描述。

我們可以簡(jiǎn)單的理解為，有了庫(kù)珀對(duì)的存在，電阻就會(huì)消失，然而庫(kù)珀對(duì)會(huì)隨著溫度的升高而逐漸消失，這變成了一個(gè)棘手的問(wèn)題。美國(guó)科學(xué)家尼爾·阿什克羅夫特在1968年提出了一個(gè)想法，那就是使用氫原子，因?yàn)闅湓芋w積很小，能使得電子在晶格點(diǎn)陣中的距離更近，也能使凝聚波傳播更快，使“庫(kù)珀對(duì)”更緊密。

但是只單純用氫，需要1000萬(wàn)個(gè)大氣壓才能實(shí)現(xiàn)超導(dǎo)體目標(biāo)，需要添加其他的元素，讓氫嵌入其中，就能使條件變得不這么苛刻。

2019年，美國(guó)科學(xué)家馬杜里·索馬亞祖魯宣布，在190萬(wàn)個(gè)大氣壓下，十氫化鑭（LaH10）可以在逼近室溫的260K以上，也就是零下13度左右出現(xiàn)超導(dǎo)性，這是歷史上超導(dǎo)臨界溫度的最高紀(jì)錄。

到了2020年，美國(guó)羅切斯特大學(xué)的蘭加·迪亞斯取得了進(jìn)一步突破，他制備了一種含碳的硫化氫，它在260萬(wàn)倍的大氣壓下，實(shí)現(xiàn)了最大臨界溫度約15℃。

然而，260萬(wàn)倍的壓強(qiáng)非常之高，畢竟地球地心的壓強(qiáng)約為300GPa，所以這次的超導(dǎo)現(xiàn)象只能實(shí)驗(yàn)室條件下才能實(shí)現(xiàn)，不具備實(shí)用價(jià)值。

那么這個(gè)室溫超導(dǎo)科研成果，隨后發(fā)表在了全球頂級(jí)學(xué)術(shù)期刊《自然》上，但又遭到撤稿，雜志認(rèn)為其數(shù)據(jù)處理的方式有問(wèn)題，在處理原始數(shù)據(jù)時(shí)，背景噪聲被去除，但在論文中卻沒(méi)有針對(duì)這一現(xiàn)象給出合理的解釋，并且實(shí)驗(yàn)結(jié)果一直未能復(fù)現(xiàn)，甚至有物理學(xué)家認(rèn)為其是一場(chǎng)騙局。

而這次，迪亞斯團(tuán)隊(duì)又制備出一種新型的材料，它由镥氮?dú)洌↙u-N-H）構(gòu)成，最終在1萬(wàn)個(gè)大氣壓，室溫21°的條件下，實(shí)現(xiàn)了超導(dǎo)現(xiàn)象，這震撼了整個(gè)物理學(xué)界。

迪亞斯還表示，這是可用于實(shí)際應(yīng)用的新材料的開(kāi)端，有了這種材料，近常壓超導(dǎo)和應(yīng)用技術(shù)的黎明已經(jīng)到來(lái)。

并且他還強(qiáng)調(diào)，在羅徹斯特大學(xué)實(shí)驗(yàn)室和其他實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行了多次的重復(fù)實(shí)驗(yàn)，并有第三方觀察和獨(dú)立的工作驗(yàn)證。

有朋友會(huì)說(shuō)了，需要1萬(wàn)個(gè)大氣壓，這個(gè)也很高啊，其實(shí)這已經(jīng)不算什么了，畢竟人造鉆石的加工過(guò)程還需要5-6萬(wàn)個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓，以及1400多度的高溫呢。可見(jiàn)這次實(shí)現(xiàn)的超導(dǎo)現(xiàn)象，其條件并不是十分苛刻，所以如果是真的，那絕對(duì)可以稱得上是一次巨大的突破，將有可能成為重塑21世紀(jì)的革命性技術(shù)。

總之，這次室溫超導(dǎo)的科研成果雖然備受關(guān)注，但受到的質(zhì)疑也很多，接下來(lái)需要看有沒(méi)有其他團(tuán)隊(duì)能夠?qū)崿F(xiàn)復(fù)驗(yàn)，進(jìn)一步驗(yàn)證，畢竟迪亞斯團(tuán)隊(duì)之前有過(guò)被撤稿的經(jīng)歷。同時(shí)1萬(wàn)個(gè)大氣壓的條件仍然很高，在實(shí)際應(yīng)用上，迪亞斯的常溫超導(dǎo)離現(xiàn)實(shí)還存在一定距離。