物理界炸锅了!　实现21℃室温超导?

本文转自：鲁中晨报

物理界炸锅了!实现21℃室温超导?

中科院:如能被多次重复,其意义将划时代

近日,物理界又被扔下一枚核弹:室温超导!

美国物理学会(APS)网站最新显示,当地时间3月7日,美国罗切斯特大学物理学家兰加·迪亚斯在拉斯维加斯举办了题为“静态超导实验”的报告会议。报告称,迪亚斯团队研究发现的一种新材料,在约21℃的室温条件下,加压到1万个标准大气压就会出现超导现象。

超导及其应用价值

超导态是材料的一种特殊状态,在超导态中,材料处于零电阻的状态中。初中二年级的物理告诉我们,电阻是材料普遍具有的性质。当电流流经材料时,其内部的晶格、杂质等会对载流子运动产生阻碍,载流子本身携带的能量会被转移到晶格上,宏观上造成焦耳热,电势也会相应下降。

而没有电阻的超导体就完全没有上述问题,如果我们的电线都采用超导体,那就不会存在能量衰减。我们现阶段使用的特高压输电技术,其实就是提高输电线的电压,来尽可能降低能量损耗。可如果使用了超导电线,将彻底改写整个行业,我们可以直接以市电电压传输电力,完全不需要变电站,我们或许可以直接使用直流电。

但是,由于超导需要的温度限制,这一设想完全无法实现。我们现在发现的绝大部分超导体材料都需要在-196℃以下进入超导态。

利用电流,我们也可以得到磁场。更令人振奋的是,磁感应强度与电流强度成正比,也就是说,电流越大,磁场越强。但大电流就会遇到上文提到的两个问题,焦耳热与压降。焦耳热的来源是电阻,只要没有电阻,就可以完全不考虑焦耳热的影响,因此超导体在这里的意义就显而易见了。

我们如果利用超导体线材制作线圈,就可以几乎无节制地提升线圈内的电流强度,进而获得强大的磁场。这就是核磁共振中强大磁性的来源。

如果我们真的可以发现常压下的室温超导,那将使整个人类社会产生重大改变。我们现有的科技可能面临颠覆,能源问题得到重大缓解,对整个人类都具有重大进步意义。

21℃实现室温超导?

APS网站上的会议摘要显示,迪亚斯团队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《科学新闻》报道,迪亚斯团队在最新的实验中研发了一种由氢、氮和镥制成的材料,“它似乎可以在约21℃的温度以及1万个标准大气压的压力下进入超导状态。”

报道指出,虽然是常压环境的10000倍,但已经远远低于在其他室温超导体通常所需的数百万倍。迪亚斯说:“这是可用于实际应用的新型材料的开端。”

罗切斯特大学介绍,研究人员创造了一种由99%氢气和1%氮气组成的气体混合物,将其放入装有纯镥样本的反应室中,让这些混合物在约200摄氏度的温度下反应两到三天。当混合物在金刚石压砧中被压缩时,颜色出现变化:其在超导状态开始时,颜色从蓝色变为粉红色,然后变为亮红色的非超导金属态。

迪亚斯团队是如何判断自己的材料达到了超导条件?理论上来说,仍然得靠两个效应判断。

一个是完全抗磁性,能让超导体内部的磁感应强度为零,及超导体排斥体内的磁场。这种特性最大的用途是用来做磁悬浮。

另一个则是零电阻效应,指的是某种材料在常温时是导体、半导体甚至绝缘体,但当温度下降到某一特定值时,它的直流电阻突然下降为零。

从数据测量方法上,迪亚斯团队仍然采用了和上次相似的一种方法——使用背景减法消除嘈杂背景信号。

遗憾的是,迪亚斯的这次分享并没有开放现场提问环节。这次新材料的测量结果和数据是否真实,还得交给学术界的研究者去仔细鉴别。

曾令科学界“白高兴一场”

据报道,这项研究可能会面受到非常严格的审查,原因就是2020年迪亚斯团队曾经的研究报告。

当时,迪亚斯的团队声称开发出了一种由碳、氢和硫制成的材料,它在约15℃温度和267吉帕(相当于大气压的260万倍)的环境下,电阻急剧下降甚至消失。

经顶级科学杂志《自然》杂志发布后,这篇报告曾经盛极一时,但也引发了很大争议,科学界纷纷怀疑一些数据可能存在欺骗行为。

然而,就在这篇论文发表后的两年间,围绕这项研究,可谓争议不断。其他实验室反复尝试,都未能复现结果。到了2022年年底,这一出造假疑云发展到高潮:《自然》直接不管9位论文作者的集体抗议,强制撤下了他们的封面文章。除了这事外,迪亚斯博士后期发表的一篇论文也惹出过麻烦。当时,他所在的哈佛大学团队宣布合成出了首个金属氢,迪亚斯正是该论文的第一作者。离谱的是,论文发表后,研究团队称由于操作失误,该金属氢样本已经损毁或消失。