美國羅切斯特大學(xué)的物理學(xué)家蘭加·迪亞斯（Ranga Dias）及其團(tuán)隊日前在美國物理學(xué)會會議上宣布，他們已經(jīng)創(chuàng)造出一種可以在室溫（room temperature）條件下實(shí)現(xiàn)超導(dǎo)的全新材料。

由于這一發(fā)現(xiàn)可能顛覆多個傳統(tǒng)行業(yè)，給人類科學(xué)文明帶來巨大改變，消息發(fā)布后，在全球引起軒然大波。

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與此同時，A股投資圈的小伙伴們也連夜學(xué)習(xí)和重溫基礎(chǔ)物理知識，并在各個群展開熱烈討論。市場方面，9日上午，西部超導(dǎo)、聯(lián)創(chuàng)光電、中超控股等“超導(dǎo)概念股”卻高開低走。

股民對“室溫超導(dǎo)”展開了熱烈討論。大概內(nèi)容分為兩個方向，一些人認(rèn)為超導(dǎo)概念要火了，類似此前的AI概念；另外也有人認(rèn)為概念太新需謹(jǐn)慎。

對于這個火爆的話題，多名專家發(fā)表看法，中科院物理所也發(fā)文進(jìn)行科普，稱“讓子彈再飛一會兒”。

復(fù)旦教授：成果若證實(shí)，是諾獎級別！

據(jù)每日經(jīng)濟(jì)新聞報道，北京時間3月9日凌晨，該研究的主要作者及論文主講人、羅徹斯特大學(xué)機(jī)械工程系和物理與天文系助理教授蘭加·迪亞斯通過郵件接受了記者的獨(dú)家專訪。在專訪中，迪亞斯博士對其團(tuán)隊此次的全新發(fā)現(xiàn)充滿信心，他認(rèn)為這將是一項(xiàng)重塑21世紀(jì)的革命性技術(shù)。

不過他同時還指出，“要將我們對室溫超導(dǎo)新材料的發(fā)現(xiàn)應(yīng)用到任何規(guī)模的現(xiàn)實(shí)世界中，還需要幾年的艱苦工作?！?/p>

蘭加·迪亞斯教授（圖片來源：羅徹斯特大學(xué)官網(wǎng)）

澎湃新聞3月9日報道，上海市高溫超導(dǎo)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室主任、上海大學(xué)教授蔡傳兵認(rèn)為，這次迪亞斯展示出的研究成果有一定可靠性，“假設(shè)它的數(shù)據(jù)是正確的，等更多科學(xué)家跟進(jìn)它的研究結(jié)果后，有可能會出現(xiàn)這個領(lǐng)域的重大突破?！钡覝爻瑢?dǎo)所需的1GPa壓力仍屬于高壓范疇，距離實(shí)際應(yīng)用仍非常遙遠(yuǎn)。

另據(jù)上證報報道，復(fù)旦大學(xué)物理系教授李世燕接受采訪時表示，該發(fā)現(xiàn)還有待證實(shí)。如果被證實(shí)，由于其所需壓力也不算高（此次的合成和測試條件跟之前相比已經(jīng)寬松很多），這將是諾貝爾獎級別的成果。從應(yīng)用場景來看，雖然是室溫超導(dǎo)，但是因?yàn)樾枰先f個大氣壓，其應(yīng)用的場景會極為有限。目前最重要的還是其他研究組來證實(shí)該發(fā)現(xiàn)。

李世燕教授在接受上海證券報記者采訪時表示，該發(fā)現(xiàn)還有待證實(shí)，特別是該論文的作者此前已經(jīng)有兩個類似的發(fā)現(xiàn)不能被同行重復(fù)。

在他看來，就學(xué)術(shù)方面而言，物理學(xué)家們一直都在尋找室溫超導(dǎo)體。如果該發(fā)現(xiàn)被證實(shí)，由于其所需壓力也不算高（此次的合成和測試條件跟之前相比已經(jīng)寬松很多），這將是諾貝爾獎級別的成果。

“從商業(yè)上來說，作者自己也成立了公司，他說得很清楚，現(xiàn)在不會把這個樣品提供給別人，他們會試圖將該材料商業(yè)化。雖然從目前合成量來說，樣品只有不到1mm，極微量，但因?yàn)楹铣蓷l件并不嚴(yán)苛，不排除后期大規(guī)模合成的可能。從應(yīng)用場景來看，雖然是室溫超導(dǎo)，但是因?yàn)樾枰先f個大氣壓，其應(yīng)用的場景會極為有限。目前最重要的還是其他研究組來證實(shí)該發(fā)現(xiàn)?！崩钍姥嗾f。

中科院物理所：讓子彈飛一會兒

此外，中科院物理所對這一話題也進(jìn)行了科普。

羅徹斯特大學(xué)的Dias團(tuán)隊宣稱，他們發(fā)現(xiàn)了近常壓的室溫超導(dǎo)體，該超導(dǎo)體是由氫、氮、镥三種元素組成的三元相，該研究團(tuán)隊認(rèn)為，其在大約10kbar（也就是1GPa，約相當(dāng)于1萬個大氣壓）下可以實(shí)現(xiàn)約294K（也就是約21℃）的室溫超導(dǎo)電性。

這時，就有人要問了，超導(dǎo)是個啥，發(fā)現(xiàn)個室溫超導(dǎo)為啥這么激動？

一、超導(dǎo)及其應(yīng)用價值

超導(dǎo)態(tài)是材料的一種特殊狀態(tài)，在超導(dǎo)態(tài)中，材料處于零電阻的狀態(tài)中，初中二年級的物理告訴我們，電阻是材料普遍具有的性質(zhì)，當(dāng)電流流經(jīng)材料時，其內(nèi)部的晶格、雜質(zhì)等會對載流子運(yùn)動產(chǎn)生阻礙，載流子本身攜帶的能量會被轉(zhuǎn)移到晶格上，宏觀上造成焦耳熱，電勢也會相應(yīng)下降。

而沒有電阻的超導(dǎo)體就完全沒有上述問題，電流流經(jīng)超導(dǎo)體，既不會發(fā)熱，也不會出現(xiàn)壓降，因此電流可以無衰減地在超導(dǎo)體中流動。

很明顯，超導(dǎo)體的意義是顯而易見的，如果我們的電線都采用超導(dǎo)體，那就不會存在能量衰減。我們現(xiàn)階段使用的特高壓輸電技術(shù)，其實(shí)就是提高輸電線的電壓，來盡可能降低能量損耗，可如果使用了超導(dǎo)電線，將完全不存在這個問題，將徹底改寫整個行業(yè)，我們可以直接以市電電壓傳輸電力，完全不需要變電站，我們或許可以直接使用直流電。

但是，由于超導(dǎo)Tc（超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度，指超導(dǎo)體由正常態(tài)進(jìn)入超導(dǎo)態(tài)的溫度）的限制，這一設(shè)想完全無法實(shí)現(xiàn)，我們現(xiàn)在發(fā)現(xiàn)的絕大部分超導(dǎo)體Tc都在77K（-196℃）以下，這是液氮的沸點(diǎn)，Tc在這之下的超導(dǎo)體大部分時候是使用更加昂貴的液氦制冷來使其進(jìn)入超導(dǎo)態(tài)，只有少部分銅基超導(dǎo)體Tc達(dá)到了77K之上，可以使用液氮制冷來使其進(jìn)入超導(dǎo)態(tài)。

即便如此，超導(dǎo)體在我們?nèi)粘Ｉ钪幸呀?jīng)有了應(yīng)用，醫(yī)院的核磁共振便采用了超導(dǎo)體，這就涉及了超導(dǎo)體的另一重大應(yīng)用方向，即產(chǎn)生大磁場。

當(dāng)我們需要一個很大的磁場時，我們首先想到的是什么？磁鐵？不不不，永磁體的磁場遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到我們的要求，再回想一下初中二年級的物理知識，沒錯，通電螺線管??！利用電流，我們也可以得到磁場，更令人振奮的是，磁感應(yīng)強(qiáng)度與電流強(qiáng)度成正比，也就是說，電流越大，磁場越強(qiáng)。

但大電流就會遇到上文提到的兩個問題，焦耳熱與壓降，大電流會產(chǎn)熱，更令人絕望的是焦耳熱與電流的平方成正比，因此，電流每增加一分，磁場就會相應(yīng)增強(qiáng)一分，但產(chǎn)熱會按平方增加，最終絕大多數(shù)能量都將轉(zhuǎn)化為內(nèi)能。

焦耳熱的來源是電阻，只要沒有電阻，就可以完全不考慮焦耳熱的影響，因此超導(dǎo)體在這里的意義就顯而易見了，我們?nèi)绻贸瑢?dǎo)體線材制作線圈，就可以幾乎無節(jié)制（磁場也可以抑制超導(dǎo)態(tài)，這里需要注意產(chǎn)生的磁場不能超過超導(dǎo)體的臨界磁場）地提升線圈內(nèi)的電流強(qiáng)度，進(jìn)而獲得強(qiáng)大的磁場。這就是核磁共振中強(qiáng)大磁性的來源。

除了以上場景，利用兩個不同超導(dǎo)體做成的約瑟夫森結(jié)也有重要應(yīng)用價值，我們可以利用它制作SQUID，這個裝置是目前最精確的磁場探測裝置，在超導(dǎo)量子計算機(jī)中也有重要應(yīng)用。

看到這里，你應(yīng)該對室溫超導(dǎo)的意義有一定認(rèn)知了，如果我們真的可以發(fā)現(xiàn)常壓下的室溫超導(dǎo)，那將使整個人類社會產(chǎn)生重大改變，我們現(xiàn)有的科技可能面臨顛覆，能源問題得到重大緩解，對整個人類都具有重大進(jìn)步意義。

我們還是簡單介紹一下超導(dǎo)體的發(fā)現(xiàn)歷程及其輸運(yùn)性質(zhì)，這有利于我們理解Dias的工作。

二、超導(dǎo)的發(fā)現(xiàn)及其機(jī)理

1911年，昂內(nèi)斯改進(jìn)了制冷設(shè)備，率先將溫度降至液氦沸點(diǎn)之下，在此期間，他發(fā)現(xiàn)汞的電阻在4.2K時突然降為零，經(jīng)過再三確認(rèn)，他最終確定，這不是實(shí)驗(yàn)上的失誤或誤差，這是汞本征的性質(zhì)，由此，他打開了超導(dǎo)的大門，汞也是我們發(fā)現(xiàn)的第一個超導(dǎo)體，Tc為4.2K。

昂內(nèi)斯僅僅測量的汞的電阻，這揭示了超導(dǎo)體在電輸運(yùn)上的特征，也就是零電阻。

后來，1933年，邁斯納在對進(jìn)入超導(dǎo)態(tài)的錫或鉛金屬球做磁場分布測量時發(fā)現(xiàn)，當(dāng)材料進(jìn)入超導(dǎo)態(tài)后，其內(nèi)部的磁場會迅速被排出體外，磁場只在超導(dǎo)體外部存在，超導(dǎo)體展現(xiàn)出完全抗磁性，這就是邁斯納效應(yīng)。

后來的研究發(fā)現(xiàn)，超導(dǎo)體可以進(jìn)一步劃分為第一類超導(dǎo)體和第二類超導(dǎo)體，第一類超導(dǎo)體展現(xiàn)出完全的抗磁效應(yīng)，內(nèi)部完全沒有磁場。而第二類超導(dǎo)體則允許磁場在超導(dǎo)體內(nèi)部產(chǎn)生磁通量子，也就是允許磁場部分地進(jìn)入超導(dǎo)體。

以上對超導(dǎo)體的研究更多地還停留在對其性質(zhì)探究，我們實(shí)際上也一直在尋找超導(dǎo)的內(nèi)在機(jī)理，探索其本質(zhì)。

最開始的嘗試是倫敦方程，不過這個理論無法揭示穿透深度與外磁場的關(guān)系。1950年左右，前蘇聯(lián)科學(xué)家金茲堡和朗道提出了解釋超導(dǎo)的唯象理論——金茲堡-朗道理論（G-L理論）。該理論建立在朗道二級相變理論的基礎(chǔ)上，用序參量描述超導(dǎo)體。該理論成功解釋了超導(dǎo)體，上文提到的第一類超導(dǎo)體與第二類超導(dǎo)體就是根據(jù)G-L方程求解的界面能的正負(fù)判定的。

根據(jù)G-L理論，超導(dǎo)體從正常態(tài)到超導(dǎo)態(tài)的轉(zhuǎn)變是一個二級相變，因此，理論上我們可以在比熱的測量中發(fā)現(xiàn)其在Tc處有一個躍變，或者叫一個峰。后來這也在實(shí)驗(yàn)上被證實(shí)。

看到這里，你應(yīng)該也發(fā)現(xiàn)了，超導(dǎo)的文章特別好寫，測一下電阻，測一下磁化率，如果可以的話，再測一下比熱，比熱即便測不了也不是什么大事，搞完這些就齊活了。

最后還要簡單提一下，我們目前解釋超導(dǎo)的最好的理論就是BCS理論，這個理論的核心就是電子在與晶格的耦合中會出現(xiàn)電子吸引電子的可能，這樣兩個電子會結(jié)成庫珀對，結(jié)成庫珀對的電子可以看作玻色子，在低溫下，發(fā)生“凝聚”，能量可以無耗散地在凝聚的庫珀對中流動，實(shí)現(xiàn)超導(dǎo)態(tài)。

但BCS理論也不能解釋所有超導(dǎo)態(tài)，我們根據(jù)BCS理論計算得到麥克米蘭極限，即符合BCS理論的超導(dǎo)體Tc不會超過40K，但實(shí)際上很多超導(dǎo)體都突破了這一極限，比如銅基超導(dǎo)和鐵基超導(dǎo)，這樣的超導(dǎo)體被稱為高溫超導(dǎo)體，也就是說相對于之前20K以下的超導(dǎo)體，Tc高了很多。

本來還想介紹一下實(shí)驗(yàn)中高壓的獲取，篇幅所限，有機(jī)會再聊。

三、新的室溫超導(dǎo)

有了上面這些預(yù)備知識，我們就可以一起來看一下這篇已經(jīng)被發(fā)表在nature上的文章了。