戴着枷锁舞蹈 室温超导离我们还有多远?董宇辉带货第一天就翻车,网友退掉直播间所有订单,不想当冤种

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使用高温超导带材绕制而成高场磁体图源:上海超导科技股份有限公司官网

据美国《科学新闻》杂志报道,罗彻斯特大学机械工程系和物理与天文系助理教授兰加·迪亚斯(RangaDias)及其团队日前在美国物理学会会议上宣布,他们找到了一种由镥-氮-氢(Lu-N-H)构成的新材料,实现了室温超导。

超导,意思是“超级导电”,属于物理最大、最重要的分支学科之一的凝聚态物理学,而室温超导是凝聚态物理学的“圣杯”之一。

迪亚斯最新研究成果消息一出,在全球引起了轩然大波。值得注意的是,迪亚斯及其团队团队在2020年发表的一篇同题论文受到质疑,最终《自然》杂志撤稿。

“超导的应用非常广泛,比如磁悬浮列车、核磁共振、电力设备、量子计算机等领域,室温超导体如果能够量产的话,将对人类生活产生重大的影响。”浙江大学杭州国际科创中心求是科创学者汪华在接受潮新闻记者采访时表示:“迪亚斯目前的研究成果存在争议,有待科学界进一步验证,让子弹再飞一会。”

迪亚斯有“前科

曾被《自然》杂志撤稿

超导现象被发现距今已超过百年。

1911年,荷兰莱顿大学的H.K.Onnes研究团队发现金属汞在4.2K(热力学温度,下同),相当于-268.8℃以下时电阻突然消失为零,此为“超导现象”。

此后100多年的时间里,数以千计的超导材料不断被发现,包括单质金属、合金、过渡金属硫族化物/磷族化物等。

一般来说,只有在极冷的温度或超高压力下才能观察到超导性,这也使实验材料无法用于长期、常规的应用。

在2020年10月的《自然》杂志封面文章《碳氢硫化物中室温超导电性》上,迪亚斯曾宣称在15℃温度、267GPa压强条件下,实现了“室温超导”。当时同样引起了轩然大波,《自然》杂志因此撤稿。对于强制撤稿事件,迪亚斯团队不服。

今天,中科院物理所在微信公众号文章中指出,在这之前,迪亚斯就已经有了两个突破性的进展。一个是金属氢,另一个就是上一个“室温超导”。迪亚斯首先称自己在高压下合成了金属氢,而他自己后来宣称由于保存不当,保存金属氢的装置压力泄露,最终金属氢因为压力不足汽化消失了。后来,迪亚斯也没有再合成金属氢,成为了一桩“悬案”。

中科院物理研究所研究员罗会仟曾撰文指出,对物理学家而言,室温是有明确定义的,即300K,约相当于27℃。该论文的关键结果是碳-硫-氢(C-S-H)三元体系在267GPa左右可以实现288K左右的超导电性,对应温度为15℃。超导材料的Tc(临界温度),被首次突破到0℃以上,尽管距离室温300K还有一步之遥,论文的题目已经大大方方用了“室温超导”字样。

相对来说,迪亚斯的最新研究更为激进。

3月7日,迪亚斯声称,基于镥-氮-氢(Lu-N-H)这种新材料,在10Kbar压强下,超导转变的最高温度只要294K,也就是室温21℃左右,已经达到了人类生活的常温水平。但是这个气压依然很高,相当于马里亚纳海沟最深处压力的10倍,大约是大气压的1万倍,但是跟以往实现常温超导的气压已经大幅减少,实验相对容易验证。

室温超导戴着“枷锁”

距离实际应用还很遥远

寻找更好的材料,摆脱低温环境限制,是超导科学家孜孜以求的梦想,也是领域内最大的挑战之一。

正如中航证券的一份研报所说,人们不断追求在更高的临界温度(Tc)下实现材料的超导性,以实现更多的规模化应用可能。放眼未来,寻找能在较低压力下大规模应用的室温超导体是超导研究人员的心之所向。

迪亚斯在回应媒体采访时称:“要将我们对室温超导新材料的发现应用到任何规模的现实世界中,还需要几年的艰苦工作。”

“为什么大家期待室温超导?因为超导有低温的‘枷锁’,必须要制冷,就有一定的成本。但如果要实现室温超导,又加了高压的‘枷锁’。在我看来,对于实用化而言高压比低温更难获得,超导实用化装置里带着这么高的压强,犹如布了一个炸弹。”上海超导科技股份有限公司(下称“上海超导”)总裁朱佳敏对潮新闻记者表示。

潮新闻记者了解到,超导材料有成千上万种,但真正实用化超导材料的并不多,主要分为低温超导、高温超导。直到上世纪60年代,低温超导线材才慢慢成熟。

“以前要达到低温,需要用昂贵的液氦,制冷成本非常高。1986年,科学家首次发现高温超导材料,将临界温度大幅提高,可以使用低价的液氮,极大地拓展了超导的应用场景。”朱佳敏介绍,经历了30多年的发展,我国高温超导行业已经发展到了第二代高温超导带材,并实现量产,中间经过了非常漫长的过程。

2011年,在发现超导现象100周年之际,上海交通大学科研团队在实验室里制备出国内第一根百米级第二代高温超导带材。也就在这一年,上海超导公司成立,目的就是将这项实验室技术推向产业化。如今,上海超导生产的第二代高温超导带材已应用于超导电力、超导磁体、可控核聚变等领域。

“用我们制备的超导材料做了一些标志性工程,比如深圳的地标性建筑平安大厦使用了超导电缆,以及世界首条35千伏公里级超导电缆也在上海落地。”朱佳敏对潮新闻记者表示,除了超导电力设备,超导还广泛应用于能源、交通、医疗、大科学装置等领域。

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