美国宣布突破室温超导技术，真相让子弹飞一会儿

电子发烧友网报道（文/黄山明）近日，美国物理学会（APS）网站消息显示，纽约罗切斯特大学的物理学家Ranga Dias在拉斯维加斯举办了题为“静态超导实验”的报告会议。会议中该团队宣布，他们已经创造出一种可在实际条件（practical conditions）下工作的超导体。
 
超导体是指在特定温度以下，电阻为零的导体，零电阻和完全抗磁性是超导体的两个重要特性。如果能够在室温状态下实现超导体，那将意味着电子产品的巨大变革，如电脑性能提升上百倍，家庭用电量降低，但灯光却更亮，电动汽车跑的更快，电器使用更加便利。
 
美国实验室宣称发现室温超导体
 
导体都有电阻，这在过去已经是公认的事实。然而在对导体进行深入研究时发现，当温度降至极低的情况下，导体的电阻便会突然消失，这种现象被称为超导现象，而实现超导现象的物体便是超导体。
 
在实验过程中，如果导体电阻的测量值低于10-25Ω，便可以认为该物体的电阻为零。但大多数物质只有达到某个超低温才会出现这一状态。超导体电阻转变为零的温度，被称为超导临界温度，因此超导材料可以分为低温超导体和高温超导体。这里的高温指的是相对于绝对零度而言，温度大于-200℃，但也远远低于0℃。
 
通常情况下，由于导体的电阻固定，电流和电压成正比，这便是欧姆定律。然而，随着超导体的出现，导致其电阻几乎为零，根据欧姆定律，意味着电流和电压可以达到无限大。换而言之，超导体可以用于传输巨量的电流，甚至实现百分之百的电流传输。
 
普通导体由于电阻的原因，通过电流时会产生热量，意味着电流在对导体做功，这样在长距离输电时，损耗极大。超导材料由于几乎没有电阻，因此能够使电流自由地在导体内传输，理论上使用超导体，可以让电流完整的从电厂传输到数万公里之外的城市。
 
但问题在于，常温条件下，几乎没有任何物质的电阻为零，超导材料也是导体在超低温环境下才会出现的特殊现象。想要实际应用超导体，则需要让导体在常温条件下也显现出超导现象。
 
此次美国的Dias团队便表示，其开发的新材料可以在更宽松的环境条件下表现出超导性。据美国媒体报道，Dias团队在最新的实验中研发出了一款由氢、氮和镥制成的材料，并宣称该材料可以在约21℃的温度以及10Kbar的压力下便能进入超导状态。
 
如果该材料为真，意味着距离超导体在室温状态下的使用又迈进了一大步。当然，即便目前的这款材料被证实可以在常温下实现超导现象，但想要做到也不容易，10Kbar的压力也不容小觑。
 
举个例子，目前我们用来切割钢材、金属器件的水刀，压力通常在100bar左右，而10Kbar是这种水刀压力的100倍，相当于在10万米深水下的压力。当然，这种压力已经远远低于其他室温超导体所需要的数兆bar。Dias表示，这是可用于实际应用的新型材料的开端。
 
同时，对于这次的材料Dias团队很有信心，在其接受媒体采访时表示，这项工作已经在罗彻斯特大学实验室和其它实验室重复过好几次，并有第三方观察和独立的工作验证，并且论文已经过同行审议，符合该出版物的严格标准。不过Dias也提到，要将室温超导材料的发现应用到任何规模的现实世界中，还需要数年的艰苦工作。
 
让子弹再飞一会儿
 
或许对于大多数人而言，对Ranga Dias并不熟悉，但在业内，也算是声名远播了，但可能不是什么好的名声。早在2017年，Ranga Dias还在哈佛攻读博士学位期间，便号称首次在实验室中获得金属氢。
 
1935年科学家首次预测用足够的压力挤压，氢就呈现出导电性这种金属态特征以来，在实验室里制备金属氢一直被誉为高压物理学的“圣杯”。Ranga Dias团队使用了一种“掺杂”了氩原子的氢化合物Ar（H2）2，该化合物常用于建立一种“预压缩”形态并促进金属氢的形成。但在其他业者复现时发现，在360GPa下，纯氢和掺杂氩原子的氢都没有变金属。
 
正当业界呼吁哈佛大学做进一步验证性实验时，Dias却表示验证性实验可能会破坏他们宝贵的样本。更离奇的是就在Ranga Dias论文发布后不到一个月，该团队便对外宣称，因操作失误，样本消失了。
 
到2020年，来到罗彻斯特大学的Ranga Dias团队又在Nature上发文，声称在267Gpa的高压下，在碳氢硫化合物中实现了15℃的情况下出现超导现象。但这一发现备受质疑，其他科学团队课题组无法复现Ranga Dias团队近室温超导的实验，在这种强烈的质疑下，Nature最终于2022年9月26日将其撤稿。
 
而今时隔仅六个月，Ranga Dias便号称突破了室温超导技术，虽然技术上的突破值得欣喜，但鉴于Dias团队的“前科”，对于该材料的真实性还需要谨慎验证。
 
同时有内业人士透露，此次根据现场所公布出来的超导材料的超导性用的是比较公认的磁化率数据通常情况下，用数据减去消除噪音后的数据，得出的就是被消除掉的噪声数据，但噪声基本无规律，因此数据结果也应该是无规律的。
 
此前被Nature所撤稿的原因便是由于其测试的噪声数据非常有规律，噪声点间距几乎全部呈现为0.16555的整数倍，因此被怀疑利用噪声数据作假。
 
但此次公布出来的超导性曲线图非常有规律，并且曲线非常平滑。相当于用外部设置了加力磁场的单摆做出了无衰减摆动实验，便声称做出了永动机一样。
 
不过Dias在接受媒体采访时回应称，团队已经重新提交了2020年的论文供Nature杂志再次审议，因为Nature杂志编辑当时提出的问题对实验数据的质量或团队得出的结论没有影响。
 
而常温超导体的实现，将极大改变人们使用、存储和运输能源的方式，比如超导体可以应用在量子计算机中，帮助其实现更高的性能表现，只需要将普通芯片替换成超导体材料制作的芯片，便能够实现量子计算机。利用其磁悬浮特性，利用在机械研发上，可以让机械的制动效率和速度大大增加等。
 
当然，这一切都需要建立在室温超导体材料的确为真的前提下，在Ranga Dias团队已经公开论文以及发布了实验过程之后，相信在全球科学团队的验证后，很快便能够知道结果是什么。
 
写在最后
 
超导技术出现至今已有数十年的历史，但这种技术却依旧只存在于实验室当中。这种20世纪物理学的重要成就，到了21世纪却仍然迟迟无法实现商用化，而超导体也被成为凝聚态物理的圣杯，被众多科学家竞相追逐。
 
而今，美国Ranga Dias宣布实现了室温状态下的超导体，尽管这个团队有种种“前科”，不过作为普罗大众的一员，还是由衷希望此次的常温超导体能够复现，毕竟对于人类社会而言，超导体的商用化将极大促进科技的进步。不过科学毕竟是严谨的，就让我们静待全球各大实验组的验证结果吧。