好奇心保護計劃之回答觀眾提問2【無盡的前沿】 | 科技袁人_風聞

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3月19日19：00袁嵐峯老師攜手中國科學院物理研究所研究員羅會仟博士和中國科學院等離子體物理研究所研究員秦經剛博士，圍繞“室温超導”熱門話題，發佈了“無盡的前沿”直播系列的第一場，本文為直播回答觀眾提問之二。提問之一見好奇心保護計劃之回答觀眾提問【無盡的前沿】 | 科技袁人

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本視頻2023年3月29日發佈於西瓜視頻，觀看量3.6w。

提問一：石墨烯和超導有什麼關係？

**袁嵐峯：**之所以大家會想到石墨烯，可能是因為曹原對吧，他得了當年的Nature評的十大科學人物之一。他那貢獻是什麼？就是説他跟他的導師，他在MIT讀博，他跟導師一塊在Nature上連發了兩篇文章，都是去研究這個轉角石墨烯這個體系。

石墨烯就是石墨的一個單層，然後這個轉角石墨烯就是兩層石墨烯，但是把它們轉了一個很小的角度。這個角度是多少呢？是1.1度，一個非常小的角度，但是結果就造成這樣，它們就不重合了，然後從上面看起來就變成一個非常複雜的格子。然後他就告訴大家，第一，這個體系它是一個莫特絕緣體，這是個絕緣體，然後你再加個條件，再加點電壓它又變成了超導體。

**羅會仟：**中間注點電子進去。

**袁嵐峯：**非常神奇，它又變成一個超導體，但是超導的轉變温度很低了，只有1.7 K。

**羅會仟：**對對對。

**袁嵐峯：**所以這個引起了巨大轟動，當時就有很多自媒體發文章説，剛剛所謂持續幾十年的難題被一位中國小將破解。我就説這個標題一看就是一驚一乍的營銷號風格，但這確實是當年科學界非常轟動一個新聞。

**羅會仟：**當時很轟動，因為我在現場。

**袁嵐峯：**噢，你在哪個現場？

**羅會仟：**在曹原老師的報告現場。

**袁嵐峯：**ok。

**羅會仟：**當時是這樣，其實我也去開了這個March meeting（美國物理學會三月會議），我在飛機上就拿到他的論文了，他還沒有發表的時候我就拿到了，因為我要給Nature寫一篇中文的報道。然後後來我到現場的時候，我們也沒有想到這個事情會這麼轟動，跟這次室温超導有點類似。也是正常我去March meeting的時候，因為提前半年安排的，所以大家都是一個小報告，正常的15分鐘小報告。

然後這個小會場大概也就坐100人左右，不會太多，甚至幾十人左右。然後事情發生什麼呢？就是他那個導師的報告就是講這個事情，專講石墨烯的超導。這個導師是覺得這個可能會比較熱鬧，所以他故意提前了半個多小時去會場，不讓進，裏面擠滿了人，保安把他攔在外面。

**袁嵐峯：**這個事情引起巨大的轟動，是因為它是給人一個啓發，是説轉角石墨烯可能跟銅氧化物的超導機理有相似之處。它有可能啓發……

**羅會仟：**機理有類似，並不是説報道那個室温超導那個時候就實現了 ，只有1 K多。

**袁嵐峯：**它轉變温度還是很低的，所以那東西並沒有什麼實用價值，至少到目前並沒有。它主要是這個基礎研究的價值，所以它也許可以啓發我們瞭解銅氧化物的機理。比方説有個諾貝爾獎得主Laughlin他就説，這告訴我們銅氧化物超導可能本質上是一個很簡單的東西，只不過我們還沒有想到而已。

提問二：託卡馬克裝置有什麼用，現在有什麼用？

****羅會仟：****不要問現在啊。

**秦經剛：**要問將來。

**袁嵐峯：**這個問得好，一下子問倒了。

**秦經剛：**託卡馬克實際上是聚變裝置的其中一種現在比較主流的一類裝置，主要是解決這種未來聚變能源，實際上它的用途是在未來，不是在現在。那麼現在的主要的用途，實際上就是開展未來這種能源應用的前端的物理研究，同時能夠帶動了就是説國內這種相關產業的發展。因為大科學工程歸根結底最重要的東西是材料，如果你沒有先進材料做支撐的話，你將來其實你也很難實現這種更高水平的這種裝置，這是一樣的。

**羅會仟：**核聚變這個裝置一旦如果成功的話，它提供的電力到底有多少？

**秦經剛：**不不，這個你看目前就説……

**羅會仟：**就説ITER（國際熱核聚變實驗堆）吧。

**秦經剛：**ITER的話是500兆瓦，它的聚變功率定義是500兆瓦，然後未來我們的CFETR（中國聚變工程實驗堆）定義是1-2個吉瓦（簡稱GW，1GW=1000MW），這個功率還是挺大的。

**袁嵐峯：**它（ITER）的2倍到4倍。

**秦經剛：**對，是的，但是這個路還是很長。

**羅會仟：**還很長。

**秦經剛：**但是應該在我們有生之年應該能看到。

**袁嵐峯：**是，所以大家要鍛鍊身體，好好活着。

**秦經剛：**對對對對。

提問三：石墨烯旋轉的角度和超導的關係是被詳細研究了嗎？是否有其他角度也具有同樣的超導效應？

**羅會仟：**轉角石墨烯超導這個事情實際上在理論上是有預言的，或者説叫做魔角，我們叫魔角石墨烯。它在某一些角度是很特殊的，這會有一些特殊的物理學的性質，這些都是早就算出來了。只不過就是説像曹原那個工作是一度，一般來説大家不太關心，一度那麼小我不好做，所以大家可能關心的更多其他更高角度的，那個實驗上更容易操作。

然後去做了以後，當然沒有發現超導，最後是曹原這個孩子動手能力特別強，他不僅解決了操控技術問題，他還解決軟件問題。他自己編了一套軟件，最終就把整個的轉角的問題給解決了，只轉一度，當然最開始那個魔角，他就發現了超導。所以超導有很多，後來其實又發現像我們組也做過叫做bilayer（雙層）石墨烯，你把兩層兩層地摞，轉個角也超導。你再多幾層地摞，再轉一下，或者你不用石墨烯，你用其他的二維材料轉一個也超導，現在就來了一系列的物理叫做轉角物理。

提問四：王貽芳教授提出的強子對撞機，中國還有建造計劃嗎？

**羅會仟：**這個事情我們也不知道，我只能説因為我們也不是他們團隊的人，我們也沒有得到這方面的消息。我們希望當然大裝置在中國會越來越多。

**秦經剛：**但是為什麼超導材料的發展，對它的裝置和項目的推動是有意義的。

**羅會仟：**對，就是説你像高能所提的這個大型對撞機，它是兩個階段，一個叫CEPC，一個叫SppC。CEPC（環形正負電子對撞機）是一個電子對撞機，它其實根本不用超導磁體，它用我們現在的正負電子對撞機那個磁體就可以了，只要是它的半徑足夠大就可以。但是SppC（超級質子對撞機）是必須要用超導磁體，而且最好是要用20攝氏度以上的高温超導磁鐵是最好的。

當然將來能不能實現我們還要努力，那個時候可能是30年甚至50年，反正就幾十年後的事情。所以我們超導的研究還要繼續持續下去，尤其是我們應用的研究，一定要努力的推動下去。如果沒有一個大項目在牽引的話，很可能大家就不會去挑戰那麼不容易的東西了。

提問五：常温超導有理論依據嗎？

**羅會仟：**常温超導其實有現成的理論。我們今天討論的新聞，鑥氮氫（Lu-N-H）這個室温超導其實它這個理論就是用了傳統的理論，叫做BCS理論，就是1957年就提出來了，太早了。那就基於金屬合金裏面所謂的電聲子耦合，這個東西就可以出超導，那麼是非常成熟，以至於如果你知道這個材料的結構，你就可以把這個超導的Tc（臨界温度）給算出來。

所以像Dias（室温超導論文作者）他們的工作鑥氮氫，如果你把這個結構算對了，你告訴我精確的結構，我要去算它的Tc也是可以算出來的，這是沒有任何問題的。但是所以説為什麼能達到常温呢？是因為它得藉助很高的壓力，把它壓得足夠的結實，你才能讓它的聲子的能量足夠的強，你才能產生足夠高的温度。

如果你沒有高壓，只有常壓的，你問BCS有沒有室温超導，對不起，沒有。那個理論是告訴我們有明確的一個上限是40 K，當然如果你要找到一個常壓的室温的超導體的理論，現在為止沒有，這隻能這麼説。