再度刷屏的“室温超導”靠譜不？不日見分曉_風聞
返朴-返朴官方账号-关注返朴（ID：fanpu2019）,阅读更多！03-09 13:03
撰文 | 董唯元、譚瑩
昨天（3月8日），一則關於超導的消息刷遍全網，就連平日裏熱衷養生和美食的微信羣都畫風驟變開始熱烈地關注遠在美國拉斯維加斯舉行的一場物理學術會議。在這場APS（美國物理學會）的年度會議上（編注：欲瞭解APS的這一盛會，可閲讀文後相關閲讀1），羅切斯特大學的Ranga Dias教授又報告了驚人的最新成果：在1GPa壓強下實現了零上21℃（294K）的室温超導！據現場傳回的消息和畫面，會場內外一度被擠得水泄不通而超過了安防要求，保安急得奮力驅趕人羣。
為什麼説“又”呢？早在28個月前的2020年10月，這位Ranga Dias教授和他的團隊就在《自然》雜誌上發表了在碳氫硫（C-H-S）中發現室温超導的成果。當時的成績是，在267GPa的壓強下實現15℃的超導。這一成果在當時就吸引了許多社會關注，我們也曾急吼吼地寫了篇原理性的介紹（詳見《超高壓下首次實現室温超導》）。
可惜2020年那篇論文後來受到許多質疑，最終在作者反對的情況下被期刊強行撤稿。而這次的新成果是基於三元氫化物（N-Lu-H）的，具體説是氮摻雜氫化鑥（nitrogen-doped lutetium hydride, NDLH），其結論最終是否能得到學術界的認可，需要其他實驗組來重複檢驗。
在論文上線前，一位不便透露姓名的超導科學家A對《返樸》表示，直覺該結果“too good to be true. ”他稱，以前就有人用傳統的BCS理論預言過，但關鍵是材料很難實現，現在Ranga Dias魔術般做出來了。
中國科學院物理研究所研究員孫力玲在接受《返樸》採訪時表示：“值得注意的是，Dias報告中給出的樣品照片的顏色為藍色，與我們通常看到的超導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，説明即使將來其它研究組可以從實驗上證實其超導電性，這種超導體也不應該是我們以前所知道的超導體。”
她説：“人們期待這件事情能夠被其它更多的實驗研究組所驗證。就像在1987年的美國APS三月會議上銅氧化物超導體的發現和超導轉變温度突破液氮温區的報告所掀起的熱潮，使人們在很短的時間裏，通過大量的實驗研究對銅氧化物的超導電性有了確定的認識，這使得銅氧化物超導體的發現者繆勒和班諾茲當年就獲得了諾貝爾物理學獎。”
這次之所以十分轟動，是因為如果這次的實驗被認可的話，那無疑將是一個極具商業價值的成果，其意義比2020年的那次烏龍成果還重要得多。兩年半之前的那個成果，即使是真實的，也需要270萬個標準大氣壓的壓強，這差不多接近地球中心處的壓強，是現代工藝技術難以企及的條件。而Ranga Dias教授如今所宣稱的結論，是在1萬個標準大氣壓下實現室温超導，這就一下子把工藝難度大大降低了。這僅相當於馬裏亞納海溝處海水自然壓強的10倍，或是地殼與地幔交界處的壓強。
孫力玲説：“新報道的超導體在很低的壓力下（1GPa）就可以獲得，這個壓力在商業化的實驗設備上（通常<3GPa）都可以輕易實現，在實驗技術上並沒有壁壘。”
在APS的報告會上，Ranga Dias教授本來並未透露太多實驗細節，但北京時間3月8日晚間，該工作於Nature在線發佈（點擊微信頁面左下方“閲讀原文”可獲取）。孫力玲説：“Dias教授在剛發表的Nature文章中給出了製備方法和大致的化學組分，因而其它研究組應該能夠在短時間內就會對其實驗結果的可靠與否加以證實。”
中國科學院物理研究所研究員羅會仟也告訴《返樸》：“（論文）公佈了很多實驗數據，還有視頻，而且條件很一般，很容易被重複，很快見分曉。”
如此友好的實驗條件要求，令人不禁感覺假如能證實為真，分分鐘就可以將其應用於各種工業乃至生活場景之中（編注：室温超導到底將帶來什麼，請關注《返樸》後續解讀）。難怪有許多原本不關心物理學的商界人士，都在第一時間認真打聽這個成果的靠譜程度，有些商業大拿甚至還想惡補一下關於超導方面的理論知識。
在外人看來，物理學是門非常講究原理模型和理論計算的學問。理論物理學家們也經常提及“電子反常磁矩”這個老梗，來彰顯物理學的精神所在。這個物理量的理論預測值與實驗測量值在至少12位有效數字上保持一致，是確認精度最高的常數。
目前所發現的各種具有超導電性的物質可謂五花八門，其中包括金屬單質、含金屬化合物、非金屬單質、非金屬化合物……許多物質在普通條件下就是完全絕緣的陶瓷，只有在極特殊的環境下才展現出超導特性。當然這也充分地説明，超導現象是一種普遍存在的特性，並不限於特定的元素或材料類型。
可每個理論都只能解釋一部分超導現象，目前還沒有一個統一的理論可以解釋所有的超導特性。我們只知道超導和超流一樣，是量子效應在宏觀世界的展現，但那些限定觸發機制、方式和條件的底層要素，卻始終難以捕捉。
如果想判斷一個材料的可燃性，只需在計算機上簡單計算一下化學鍵的結合能就直接做出判斷，而不必真的用火柴去點燃它。這正是因為我們理解了“燃燒”這個特性的底層要素。而對超導而言，我們的理解程度還遠未達到這種程度。
其實整個學界也非常期盼超導理論的建立，這從諾獎的發放情況就可見一斑。幾乎每次超導研究的重要建樹都會得到諾貝爾獎委員會的格外青睞，至今已經有5次諾獎頒發給了超導領域，分別是1913年（超導現象首次發現）、1972（BCS理論）年、1973年（約瑟夫森效應）、1987年（陶瓷材料的超導現象）和2003年（超導和超流的新理論）。
其中1972年三位獲獎者中的John Bardeen是史上唯一獲得過兩次諾貝爾物理學獎的科學家，他在1956年因發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麼認可BCS理論的問世。
然而即便像BCS理論這樣一個已經寫入教科書的理論，其實也只能解釋一小部分已經發現的超導現象。有趣的是，專業人士口中超導現象被劃分為“常規超導”和“非常規超導”兩大類。而所謂非常規超導，就是指不能用BCS理論來解釋的那些超導現象。比如前幾年曾經大熱的石墨烯，就是典型的非常規超導。
前述超導專家A教授説，如果此次的發現最終能被重複出來，驗證為真，其理論解釋還是傳統的BCS，理論上就沒有太多新機理的探索可做，難度在於如何實現材料。當被問及新興的AI輔助設計材料是否能堪大任時，他表示難度很大，因為計算機有較大的侷限性，好做的都是傳統弱關聯材料，這類材料的物理機制都清楚，相當於變一下參量，而對強關聯材料，計算機無能為力。
在超導現象的探索過程中，理論研究者苦苦思索，而實驗研究者靠着直覺、經驗、創意、勇氣、耐心和運氣前行。《返樸》將持續關注此事的後續進展，並於明日繼續邀請專業人士進行解讀，敬請期待！
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