提前預定諾獎？

編者按：本文來自微信公眾號超電實驗室（SuperEV-Lab），作者：王磊 楚門，編輯：在洲，創業邦經授權發布。

一次物理行業的變革，激發無數行業的想象！

(資料圖)

室溫超導技術，剛剛迎來了里程碑式進展。美國羅切斯特大學物理學家 Ranga Dias（朗加·迪亞斯）明確表示，他的團隊已經實現了一種可以在室溫條件下實現超導的全新材料。

這種技術一旦應用，拿下諾獎幾乎不是問題。

誰能在室溫條件下實現超導，就能掀起新的一輪技術革命。比如我們熟悉的無損電力傳輸、懸浮高速列車和平價醫療影像設備以及可控核聚變等，都能取得歷史性突破，而且技術一旦落地，我們再也不用再擔心電池沒電了。

就在今天，Nature還正式發表了迪亞斯團隊的新論文。技術足夠震撼，在拉斯維加斯舉行的美國物理學會現場，這場講座被圍的水泄不通，安保人員不得不提前阻止更多人進場。

來源：推特

微博、知乎相關話題被送上了熱搜。

而資本市場更是聞風而動。昨晚，股民開始深夜學習室溫超導技術，分析師也半夜開會研究。3月9日開盤，室溫超導概念股果然大漲，其中永鼎股份以及百利電氣等一度漲停。

然鵝，這么一個全行業為之震動的技術，主創團隊卻遭遇不少質疑，此前還深陷撤稿風波。不過 Dias已經明確回應，已多次重復實驗，有信心過審，應用到現實世界還需要幾年。

第六次技術革命？

想要明白Ranga Dias和團隊為什么可以震驚學界，我們得先簡單了解幾個概念，超導和超導體。

超導是導體在某一溫度下，電阻為零的狀態。大約一個多世紀前，荷蘭物理學家海克·卡末林·昂內斯首次在約-268°C的汞中發現了超導。

理論上來說，多數材料只要冷卻到極低溫度，都可以變成超導，在沒有電阻的情況下傳輸電流。

當然一些超導也可以在溫度更高的條件下工作，但需要極高的壓強，而這并不現實。

超導體則是在一定條件下呈現超導電性的材料，也就是超導材料，是在某一溫度下，電阻為零的導體。

除了零電阻的特性，超導體的另一個特征是完全抗磁性。因此超導體作為一種革命性的材料，目前已經在MRI核磁共振、粒子加速器等領域率先開始應用。

現階段想要實現超導，要么是需要極低的溫度環境，要么是在常溫中加高壓。而 Ranga Dias和團隊表示他們找到了一種新材料，可以實現常溫超導。

來源：APS

Ranga Dias在美國物理學會會議上，做了題為Observation of Room Temperature Superconductivity in Hydride at Near Ambient Pressure（近環境壓強下觀測到的金屬氫化物室溫超導現象）的報告。

正是這篇報告轟動了全球。Ranga Dias和團隊將氫、氮、镥三種元素混合在金剛石壓砧（diamond anvil cell，產生超高壓的裝置）中，施加不同的壓力測量電阻。

經過實驗發現，基于氫、氮、镥組成的三元氫化物（N-Lu-H）材料，會在294K（室溫21°C左右）的溫度下，材料失去電阻，但仍需要在1GPa的壓強下才能實現超導電性。

而這已經遠低于在室溫工作的超導，通常所需要的數百萬個大氣壓。

因此，Ranga Dias在大會上宣稱：近環境壓強下可應用于實際的超導技術已經出現。

來源：推特

雖然這項研究引起了學界熱議，但還沒有得到實際證實，這項研究成果一旦得到證實，或將顛覆物理學，并廣泛應用于人類科技的各個領域，比如能源運輸、醫療、通信、以及交和電子設備等。

在醫療方面，常溫超導技術可以用于核磁共振成像（MRI）等醫療設備中，使醫學成像更加精準和高效。

在我們更為熟悉的交通運輸領域，室溫超導技術可以應用于磁懸浮列車，以及電動汽車，減少動能使用和成本，使得交通系統更加高效、安全和環保。

此外還可用于新材料制造，室溫超導材料具有極高的電導率和電流密度，可以用于制造更高效能的電池、電動車輛等新能源設備。屆時，更高效的電池，或將徹底告別電動車續航焦慮的時代。

雖然常溫，但需要的壓強也高

為什么能實現常溫下超導？

首先與以往的做實驗的超導材料不同，Dias這次采用了一種新的元素組合，由氫、氮和镥制成的材料，新引入了一種之前的超導材料中都沒見過的元素—镥（LU Lutetium)，Dias表示他們使用了一種名字叫镥箔的稀有金屬。

他們將其取名為三元镥氮氫體系(ternary lutetium-nitrogen hydrogen system)。

值得一提的是，Dias團隊此前就一直致力于通過向硫化氫材料之中添加其他元素，以進一步提高超導臨界溫度，比如說釔元素，結果都無功而返，這次就瞄上了極其稀有的LU元素。

來源：推特

這項研究中所涉及的超導形式要求電子相互耦合，需要形成大量的庫珀對，因為镥元素既富含超導性，而且作為原子序數為175的元素也應該能提供更多的電子。

再加上氫元素作為質量最輕的元素，更容易被捆綁一起，這也是為什么加入氫的原因。

這些電子可能參與形成庫珀對，使超導狀態更容易實現，再加入微量的氮使結構更穩定，從而有可能降低所需的壓力。

接下來就是施加相應的壓強，促使氫進入材料的晶體結構，形成具有非常高的臨界溫度的富氫超導體。

來源：Nature

在試驗過程中，Dias團隊將镥箔這種金屬片，擠壓在兩個鉆石之間，然后把含有99%的氫氣和1%的氮氣通過氣泵打入他們這個稱為“金剛石壓砧（diamond anvil cell）”的裝置中，最后測量化合物的變化。

Dias團隊分別試驗了從3000 到 30000 倍的大氣壓，隨著施加不同倍率的大氣壓，镥氮氫化合物也發生了一些變化。

一開始镥箔變藍，這可能是由于氫滲入了金屬。但隨著壓力增加到數千個大氣壓，混合物轉變為粉紅色，結果證明這些混合物已經變成了融為一體的金屬。

來源：Nature

繼續將壓力增加到超過30000倍大氣壓，變成了更深的紅色，測試后發現在這個壓強下它失去了金屬特性。

這也意味著在3000到30000倍大氣壓范圍內，超導性是有可能的。因此，研究人員在這個壓力范圍內進行反復測試，從而幫助找到支持最高臨界溫度的壓力。

最終通過測試發現當氣壓峰值大約是大氣壓的10000倍時。此時的溫度僅為294 K，大約為 21°C，和室溫差不多，這種材料就失去了對電流的阻力。

來源：Nature

這也意味著，眾人期待的室溫超導體已成。

可是雖然是處于室溫條件下完成的此次試驗，但是不要忘記促成這次試驗的另一大要素—10000倍大氣壓強。

上海市高溫超導重點實驗室主任、上海大學教授蔡傳兵認為，這次Dias展示出的研究成果有一定可靠性，但室溫超導所需的1GPa壓力仍屬于高壓范疇，距離實際應用仍非常遙遠。

這也是眾多科學家對迪亞斯“近常壓常溫超導”的概念提出爭議的原因之一，他們認為Dias突出了“室溫”的概念，而刻意忽視了10000倍大氣壓的條件，有些夸大的成分。

大家可能對10000倍大氣壓的概念有些模糊，這相當于在100km深度海底才能達到的強度，而我們人對海洋的認知只有短短的10km，相當于20000頭非洲象踩在一個人身上、指甲蓋大小的地方承受十幾噸重量。

另外，人類在目前能達到的規模化的超高壓技術只有700—800倍的大氣壓強而已，所以究竟是實現運行溫度在零下十幾度到零下一百度的低溫超導容易，還是實現一萬倍大氣壓容易，結果顯而易見。

團隊曾遭質疑

除了室溫超導技術突破引起的熱議外，此次事件還有一大爭議點在于研發團隊。

Ranga Dias是一位印度裔科學家，研究涉及高溫超導、新型材料合成、高壓NV光學磁力測量、高能量密度物理學等多領域。

來源：羅切斯特大學

2006年，他在斯里蘭卡科倫坡大學獲得學士學位，后前往美國繼續進修，并于2013年在華盛頓州立大學獲得物理學博士學位。

大佬的學術之路并沒有在獲得博士學位后暫停，而是前往哈佛大學物理系做博士后。就是在此期間Ranga Dias稱在實驗室合成了金屬氫，并且發了Science雜志，但后來金屬氫莫名消失了……

在獲得哈佛大學物理系博士后的獎學金后，Ranga Dias加入了羅切斯特大學研究極端條件下氫氣中的量子現象。

2020年10月15日，Ranga Dias和團隊稱，他們實現了在15℃下的碳氫硫化物超導，壓強則需要267GPa（1GPa=10kbar），這是人類首次實現室溫超導。

來源：Nature

相關論文發表了在了當月的《自然》雜志上，并登上了封面，一度引起軒然大波，但實驗結果倍受質疑。

最終Ranga Dias和團隊的論文在去年9月26日被《自然》雜志撤稿，理由是研究人員在研究關鍵數據處理、分析的有效性上存在違規行為。

因為有這些前科，不少網友已經把Ranga Dias當作騙子，并稱他和團隊是作假的慣犯，畢竟Ranga Dias兩次室溫超導發現的數據都太漂亮了，有網友認為數據漂亮得像編的。

也有網友好奇1GPa的壓力雖然已經小了很多，但還是高壓，他們怎么做的實驗？是如何加壓的，還是只是理論研究？

因此Ranga Dias和團隊最新的研究成果會面臨極為嚴苛的審查。

來源:APS

據《每日經濟新聞》報道，Ranga Dias對這次室溫超導新材料已做出回應，并稱已經在羅徹斯特大學實驗室和其他實驗室重復實驗多次，且有第三方觀察和獨立的工作驗證。

他們還會重新提交2020年的論文以供再次審驗，Ranga Dias和共同作者表對《自然》之前的撤稿表示強烈反對。

這兩年來，Ranga Dias堅持認為原始數據能夠支持論文的主要結論，并表示和團隊重復了之前的實驗，觀察到了同樣的結果。

加州大學圣地亞哥分校理論物理學家Jorge Hirsch曾表示，僅僅是撤稿還不夠，他認為撤稿反而掩飾了該研究中學術不端的現象，并認為這里面有大問題。

來源：推特

這次Jorge Hirsch直接在會場上開麥“我對新結果比較懷疑，因為我不相信這些作者。”

值得一提的是，Jorge Hirsch 在 APS March Meeting 的報告和 Ranga Dias 被安排在同一個會場，前后腳上臺，會方可謂憑空增添了對峙的氣氛。

來源：Nature

目前，Ranga Dias和團隊最新的研究成果已經再度登上了《自然》雜志，不過這次《自然》雜志并沒有給封面的位置。

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