物理圈炸裂!美國(guó)室溫超導(dǎo)顛覆性突破,要拉開世界近百年差距?

“常溫常壓超導(dǎo)和可控核聚變都是遙不可及的,宇宙決不允許人類近乎神靈”,這是一位網(wǎng)友對(duì)兩種能源技術(shù)的總結(jié)。

但就在美國(guó)拉斯維加斯舉辦的美國(guó)物理學(xué)會(huì)三月會(huì)議上,一則顛覆物理學(xué)的消息被傳出——美國(guó)室溫超導(dǎo)顛覆性突破!當(dāng)美國(guó)羅切斯特大學(xué)物理學(xué)家Ranga Dias宣布他們已經(jīng)創(chuàng)造出在室溫條件下工作的“超導(dǎo)體”時(shí),許多科學(xué)家瘋狂涌入會(huì)場(chǎng),來見證這一歷史性的時(shí)刻。

?先說說實(shí)現(xiàn)常溫超導(dǎo)意味著什么?首先一場(chǎng)史無前例的技術(shù)革命肯定會(huì)掀起,超導(dǎo)體的電阻一旦為零,意味著人類電網(wǎng)電力傳輸不再會(huì)有損耗,所以工業(yè)變速裝置都可以歇菜了,磁懸浮車滿天飛,各種電機(jī)效率直接飆升,電子設(shè)備CPU性能猛進(jìn),所有電子產(chǎn)品都能微型化,一切有關(guān)電和磁的技術(shù)都要刷新一圈,全球都會(huì)發(fā)生一次大躍進(jìn)進(jìn)入另一個(gè)時(shí)代。

人類從第一次發(fā)現(xiàn)超導(dǎo)現(xiàn)象至今已經(jīng)過去了100多年,已經(jīng)能在一些特殊條件下應(yīng)用超導(dǎo)體。但想要在常溫常壓條件下實(shí)現(xiàn)超導(dǎo),這幾乎是不可能的事兒,因?yàn)榈厍蛏蠜]有現(xiàn)存的物質(zhì)作為超導(dǎo)材料,而這次美國(guó)研究團(tuán)隊(duì)的突破,就在于搞出的新材料能在常溫下實(shí)現(xiàn)超導(dǎo)。
?他們是將氫、氮和钚(bu)混合后放入一個(gè)叫做金剛石壓砧(zhen)的裝置中,然后將壓力增加到了10千巴,大約是大氣壓的一萬倍,最終合成了超導(dǎo)材料,然后在21攝氏度的室溫條件下,將這種材料通電,測(cè)得的阻力為零。美國(guó)這個(gè)研究團(tuán)隊(duì)關(guān)鍵突破點(diǎn)在于找到了室溫下實(shí)現(xiàn)無損耗導(dǎo)電的材料。但就這看起來簡(jiǎn)單的溫度突破,搞的物理學(xué)界各個(gè)大佬連夜探究真假,事實(shí)上真的有傳的那么神乎其神嗎?
?其實(shí)Ranga Dias這哥們剛宣布試驗(yàn)結(jié)果,就引起了不少爭(zhēng)議,關(guān)鍵在于這哥們不僅有造假前科,而且這也不是他第一次發(fā)表有關(guān)超導(dǎo)現(xiàn)象的言論。早在2017年他是在哈佛做博士后,就曾在495GPa的高壓條件下實(shí)現(xiàn)了金屬氫,也引起了非常大的轟動(dòng),氫一般以氫氣這種氣體形式存在,但將它制備成金屬狀態(tài),不僅能作為人類最強(qiáng)火箭推進(jìn)劑,而且能制作成高能炸藥實(shí)現(xiàn)核聚變,而且金屬氫也是一種超導(dǎo)材料,輸電效率可以達(dá)到99.7%。金屬氫這么牛沒錯(cuò),但是呢,制備的條件非常嚴(yán)苛和極端,誒,這哥們帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)就搞出來,不過后來團(tuán)隊(duì)又對(duì)外宣稱操作失誤導(dǎo)致金屬氫消失了,再想重復(fù)步驟搞金屬氫就搞不出來,所以引起了不少同行的懷疑。后來他入職羅切斯特大學(xué)后,在2020年成功在自然雜志上刊登了一篇室溫超導(dǎo)的論文,文中直言“這是人類首次實(shí)現(xiàn)室溫超導(dǎo)”,又引起了物理界的轟動(dòng),論文直接被自然這樣最頂尖的科學(xué)雜志登在了封面上。

?結(jié)果戲劇性一幕來了,論文一經(jīng)發(fā)布質(zhì)疑聲不斷,很多實(shí)驗(yàn)室課題組根據(jù)論文根本就不能重復(fù)近室溫超導(dǎo)現(xiàn)象,而且有人還證明了有關(guān)數(shù)據(jù)存在捏造嫌疑,所以質(zhì)疑聲浪一陣接著一陣,最后自然雜志直接將其撤稿了。
?有了這兩次事件,所以當(dāng)3月份這次超導(dǎo)突破消息出來時(shí),很多人還在觀望。
那如果這則實(shí)驗(yàn)一旦被證實(shí)真實(shí)可行,是不是真的能改變世界呢?其實(shí)想要實(shí)現(xiàn)超導(dǎo)并非只有常溫常壓條件下才行,常溫高壓和超低溫兩種情況滿足之一也可以實(shí)現(xiàn),常溫常壓實(shí)現(xiàn)只是說超導(dǎo)可以真正在任何領(lǐng)域普及開,而這次實(shí)驗(yàn)只是在常溫高壓條件下實(shí)現(xiàn)的,只不過大氣壓降低到了1萬個(gè)大氣壓,想要實(shí)現(xiàn)這1萬個(gè)大氣壓也是非常困難的,但實(shí)際上將溫度降到零下200度比實(shí)現(xiàn)一萬個(gè)大氣壓容易和便宜多了,這次室溫超導(dǎo)突破嚴(yán)格意義上講應(yīng)該是室溫高壓超導(dǎo),離真正大眾普及和徹底改變世界還是差很長(zhǎng)一段距離,但關(guān)鍵突破點(diǎn)就在于第一次實(shí)現(xiàn)了常溫下材料的超導(dǎo),只能說意義很大。

?在各種常溫超導(dǎo)消息刷屏的時(shí)候,我還看到了這樣一篇報(bào)道,說美國(guó)這次室溫超導(dǎo)技術(shù)將拉開中國(guó)跟世界上百年的差距。

說實(shí)話,這還真是夸大其詞了,如果是常溫常壓倒是有可能,但這次實(shí)驗(yàn)雖然常溫,但是在模擬極高壓強(qiáng)情況下實(shí)現(xiàn)的,如果驗(yàn)證真實(shí),也會(huì)停留在實(shí)驗(yàn)室一段時(shí)間,離產(chǎn)業(yè)化還有一段距離。在超導(dǎo)體研究這一塊中國(guó)技術(shù)水平在全球也是頂尖的,現(xiàn)在應(yīng)用超導(dǎo)現(xiàn)象的實(shí)驗(yàn)儀器,基本都是在低溫下工作的,當(dāng)你研究出一種新材料,將實(shí)現(xiàn)超導(dǎo)的溫度從零下幾百度提高一點(diǎn),就是一次突破。最近最算得上重大突破的是1986年、1987年兩個(gè)哥們發(fā)現(xiàn)了氧化物陶瓷也能超導(dǎo),將臨界溫度提高了一大截,直接就拿了諾貝爾獎(jiǎng)。
?國(guó)內(nèi)超導(dǎo)研究同樣也沒有落下,光是在1987年上半年,人民日?qǐng)?bào)這樣的權(quán)威媒體連續(xù)用多次驚人的標(biāo)題來形容中國(guó)超導(dǎo)的突破,如“我國(guó)發(fā)現(xiàn)迄今世界轉(zhuǎn)變溫度最高超導(dǎo)體”、“我過超導(dǎo)材料研究繼續(xù)居世界前列”、“我國(guó)超導(dǎo)材料研究獲重大進(jìn)展”等,人民日?qǐng)?bào)對(duì)于國(guó)內(nèi)技術(shù)的報(bào)道還是比較嚴(yán)謹(jǐn)?shù)?,也?cè)門反應(yīng)了我們超導(dǎo)技術(shù)一直是在搞的。

目前中國(guó)的科研人員在高溫超導(dǎo)領(lǐng)域有兩次著名的重大突破,一次是發(fā)現(xiàn)了轉(zhuǎn)變溫度50K以上鐵基高溫超導(dǎo)體,,一次是上世紀(jì)八十年代獨(dú)立發(fā)現(xiàn)了液氮溫區(qū)銅氧化物高溫超導(dǎo)體,而且兩次發(fā)現(xiàn)都獲得了國(guó)家自然科學(xué)獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)。
這兩次突破其實(shí)都是中科院院士趙忠賢帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)搞的,其實(shí)國(guó)內(nèi)超導(dǎo)剛起步時(shí)就已經(jīng)落后國(guó)外近半個(gè)世紀(jì),正是趙忠賢團(tuán)隊(duì)搞出了銅氧化物超導(dǎo)體才抓住了超導(dǎo)研究的尾巴,在進(jìn)入90年代后,通過銅氧化物探索超導(dǎo)遇到瓶頸,2008年中科大團(tuán)隊(duì)成功證明鐵基超導(dǎo)體是高溫超導(dǎo)體,四天后趙忠賢團(tuán)隊(duì)利用輕稀土元素替代和高溫高壓,成功實(shí)現(xiàn)了鐵基超導(dǎo)體,直接在全球掀起了高溫超導(dǎo)研究的第二個(gè)熱潮,直接將中國(guó)超導(dǎo)研究拉到了國(guó)際前沿,不僅成果刊登在國(guó)外自然和科學(xué)雜志上,而且在2015年還獲得在瑞士召開的第11屆國(guó)際超導(dǎo)材料與機(jī)理大會(huì)國(guó)際超導(dǎo)材料獎(jiǎng)。

科學(xué)雜志更是直言“新超導(dǎo)體將中國(guó)物理學(xué)家推到前沿,在凝聚態(tài)物理領(lǐng)域,中國(guó)已經(jīng)成為一個(gè)強(qiáng)國(guó)”。
?2018年中國(guó)在超導(dǎo)領(lǐng)域還出了一個(gè)天才少年曹原,當(dāng)時(shí)21歲的曹原連續(xù)在自然雜志上成功刊登了兩篇文章,論證了雙層石墨烯在特定情況下會(huì)產(chǎn)生超導(dǎo)現(xiàn)象,又開辟了超導(dǎo)研究的新方向,他本人還被評(píng)為2018年十大科技人物之首。
?所以說,超導(dǎo)這個(gè)領(lǐng)域一旦被徹底解決,肯定是能改變世界的,能掀起第四次工業(yè)革命,但凡一點(diǎn)點(diǎn)突破和進(jìn)展,都能引起不少的轟動(dòng),拿獎(jiǎng)拿到手軟。美國(guó)團(tuán)隊(duì)這次進(jìn)展,算是近幾十年最大的突破,至于真實(shí)性我們還要等等看,但超導(dǎo)想要實(shí)現(xiàn)大眾普及,像什么超導(dǎo)體電網(wǎng)等還要再等等。