21℃室温超导引爆物理圈，一场新的能源革命要来了？

当地时间 2023 年 3 月 7 日，在美国内华达州拉斯维加斯举办的物理学会年会上，美国罗彻斯特大学助理教授郎加·迪亚斯（Ranga Dias）发表了主题为“极端条件下的物质:静态超导实验”的演讲，并宣称他和团队创造出一种能在室温和近常压下工作的超导体。

这是一场座无虚席的演讲，在开场前的 15 分钟就已经人满为患，安保人员只好出面拦阻更多想进去的观众。

据迪亚斯介绍，这是一种由氢、氮和镥组成的新材料，它能在室温和不太高的压力环境条件下表现出超导性。

在相关实验里，他和团队将纯金属镥和氢气、氮气放置在一个名为钻石砧的能够产生高压的装置中（钻石砧的核心是两颗对准的钻石，在两颗钻石的狭缝中能产生极高的压力），然后通过改变压力，来测量新材料中的电阻。在 294 开尔文（Kelvins，K）约 21℃ 的温度条件下，该材料表现出了超导性。

演讲中迪亚斯表示：“我们在碳质硫氢化物中发现的室温超导性表明，三元或更大的体系可能是实现更高转变温度和在室温条件下实现超导性的关键。”“对于实际应用来说，这意味着一种新型材料体系的诞生。”

图 | 郎加·迪亚斯（Ranga Dias）（来源：资料图）

就在迪亚斯宣布此次成果之后，当地时间 3 月 8 日，相关论文以《氮掺杂氢化镥中近环境超导性的证据》（Evidence of near-ambient superconductivity in a N-doped lutetium hydride）为题发表在 Nature 上 [1]。内森·达森布罗克-甘蒙（Nathan Dasenbrock-Gammon）是第一作者，迪亚斯担任通讯作者。

图丨相关论文（来源：Nature）

迪亚斯在论文中表示，他制备了一种由氢、氮和稀土金属镥反应所得的固体材料，能以完美的效率导电。在 21℃ 和大约 1Gpa（1GPa=10 Kbar）的压力下，这种新合成的化合物能以零电阻的形式传导电流。

事实上，1GPa 仍然是一个很大的压力，大约是马里亚纳海沟最深处压力的 10 倍。即便如此，相比此前使用类似材料所进行的实验，迪亚斯实验里的所需压力远低于他们（低出 100 多倍），也远低于目前主流室温超导体所需的数百万个大气压。

研究中，迪亚斯将薄镥箔装入钻石砧中，并注入氢气和氮气的混合物。通过将压力提高到 2GPa（大气压的近 20000 倍），并在 200℃ 下将混合物加热 3 天，腔体中形成了亮蓝色的晶体，即使在压力下降之后，新合成的物质仍能保持晶态。

当把压力调低至 0.3GPa 时，随着电阻降为零，蓝色晶体变成了粉红色。在 1GPa 的压力下，该物质可以达到 294K 的峰值超导温度。磁测量结果表明，这些样品可以排斥外部施加的磁场，而这一现象正是超导体的标志（迈斯纳效应）。

对于这一成果，上海交大电气工程系赵跃教授表示：“富氢高温超导体（氢金属化合物）的压力一般都在 150GPa 左右，人们在试图降低氢化物高温超导所需压力，所以降到 1GPa 已经算非常低了。但是，1GPa 的压力依然无法用到实际应用场景里，甚至比低温实现的难度还大。”赵跃同时指出：“这个实验结果对于凝聚态物理的意义远大于超导实用技术。新型超导材料能否实用化，还要看其在磁场下的载流能力以及其稳定性。因此，该类新超导材料要想走出实验室依然有很长的路要走。”

著名超导与量子材料专家、澳大利亚 Wollongong 大学超导与电子材料所所长、澳大利亚国家未来低能电子技术中心分部主任王晓临表示：“虽然发现室温超导体是迟早的事，但我还是跟同行一样激动，急切希望重复此次发现。室温超导体会带来多方面的变革。2023 年将会是不寻常的一年。我祝贺这一发现背后的科学家，并期待着室温超导领域的持续进展。”

另据悉，目前只有在极低温度或压力之下才能观察到超导性，已有的超导体需要昂贵且笨重的冷却系统才能实现零电阻导电。由于所需要的条件过于苛刻，导致这些材料无法被投入长期性应用场景，比如无损电力线、悬浮高速列车和医疗成像设备等。

而本次的化合物是在高压-高温条件下合成的，在被完全回收之后，可以沿着压缩路径检测其超导性能。如果这是真的，那么这种能在室温条件下工作的超导体材料，很有可能意味着环境超导应用技术的曙光已经到来，也很有希望开启超灵敏、高效率的革命性电子产品的时代。

对于论文发表的过程，担任通讯作者的迪亚斯自称经历了五轮审查。即便如此，也并非所有人都认可这一成果。业界同行认为，迪亚斯应该尽一切努力帮助外部科研团队重现实验。

但是迪亚斯表示，他参与创办的公司 Unearthly Materials 正尝试将这种新型氢化物进行商业化，他告诉媒体：“考虑到我们流程的专有性质和现有的知识产权，我们不会分发这些材料。”

本次论文的另一位作者阿什坎·萨拉马特（Ashkan Salamat），是美国内华达大学拉斯维加斯分校的教授，他和迪亚斯联合创办了 Unearthly Materials 公司。萨拉马特称：“这是有史以来对氢化物最详细的研究。”同时，他说样品的原始数据可以在网上找到，还表示关于共享样本论文里也提供了详细的配方，因此“人们可以继续自己做。”

作为同行的美国佛罗里达大学副教授詹姆斯·哈姆林（James Hamlin）告诉媒体：“如果结果被证明是正确的，这可能是超导历史上最大的突破。这将是一个惊天动地、开创性、非常令人兴奋的发现。”他继续说道：“我认为他们必须做一些实际工作，并真正开放地让人们相信这一点。”

而美国加州大学圣地亚哥分校的物理学教授豪尔赫·爱德华多·赫希（Jorge Eduardo Hirsch）则说：“我怀疑（这个新结果），因为我不信任这些作者。”而且在前面提到的会议上，赫希被安排在迪亚斯之后发言，上台之后赫希对迪亚斯的新成果当面表示质疑。

“物理学的圣杯”——超导

讲到这里，先和大家说下什么是超导。超导，被誉为“物理学的圣杯”，指的是导体在一定的低温条件下，电流中的电阻降低为零的状态。事实上，许多材料都能成为超导体，即无阻力地传输电力，前提是要把它们冷却到非常低的温度。一些超导体在较温暖的条件下工作，但它们必须被挤压。由于其需要满足一定的温度条件，因此关于它的应用尚未达到能够带来颠覆性改变的水平。

关于超导的研究历史，要追溯到一个世纪之前。1911 年，荷兰物理学家海克·卡末林·昂内斯（Heike Kamerlingh Onnes）在非常低的温度下，先后测量了汞、锡、铅的电导率，并率先发现浸在液氦中的固态汞丝在 4.2K 下呈现出了超导性。

后来又有研究表明，许多类别的材料都具有超导性，比如一些金属合金、钇钡铜氧化合物等。自此，找到能在室温条件下实现超导性的材料，成为学界孜孜不倦追求的目标。

1968 年，英国固态物理学家尼尔·阿什克罗夫特（Neil Ashcroft）发现，氢元素在高压下金属化时会变成高温超导体。他认为，氢占主导地位的化合物是最有可能实现金属性和超导性的候选材料。

那么，为何此次发在 Nature 上的新论文，也会招来不同的业内看法？很大程度上是因为该团队此前另一篇 Nature 论文所引起的撤稿风波。而这篇被撤稿的论文，一度被誉为是室温超导“里程碑”成果。

“数据不明”的室温超导研究引发巨大争议

2020 年 10 月，迪亚斯团队在 Nature 发表论文称他们首次实现了室温超导。这篇已被撤稿的论文题目为《碳质硫氢化物的室温超导性》（Room-temperature superconductivity in a carbonaceous sulfur hydride），其报道了碳质硫氢化物体系中的超导性，在 267±10kMPa 下实现的最大超导转变温度为 15 ℃ [2]。

图丨被撤回的论文（来源：Nature）

迪亚斯在这篇被撤稿的论文中提到，在钻石砧的 140 至 275 Gpa 的压力范围内观察到了超导状态，其在 220Gpa 以上的转变温度是急剧上升的。并且，在三元体系中引入化学调谐可以在较低压力下保持室温超导性能。

起初，这篇论文在投递以后，很快就得到了 Nature 的接收和发表，甚至还在较短时间内获得了大量读者的关注。

好景不长，因论文中的数据遭到学术界的质疑，很快便引发了巨大的争议。后来，以迪亚斯为主的作者团队更正了论文并提供了相关原始数据，但质疑之声仍未止息。

比如，前文的赫希教授就强烈表示该论文中的数据很有可能是“捏造”的，他甚至还在预印本平台 arXiv 和 Physica C 上发表了质疑的文章。此外，还有很多物理学家也对这篇论文表示怀疑。

即便如此，作为论文作者的迪亚斯依然对所有质疑表示坚决反对。他告诉媒体：“我们坚持自己的工作，这已经得到了实验和理论的验证。”同样担任被撤稿论文作者的阿什坎·萨拉马特也表示：“我们对 Nature 编委会的决策感到困惑和失望。”

不过，经过一番调查之后，2022 年 Nature 还是撤回了这篇论文。需要说明的是，这次撤稿显得有些不同寻常，因为 Nature 在论文九位作者联合反对的情况下，坚决执行了撤稿行动。面对这一结果，一直持质疑态度的赫希表示：“撤稿还远远不够，这掩盖了科学不端行为的证据。”

而最近，迪亚斯向 Nature 提交了一份新手稿，他在实验中重复了碳质硫氢化物里的高温超导性，他坚称这将消除过去的指控。迪亚斯还表示，他与 Nature 分享了他所有的原始数据。

因此，对于迪亚斯此次的新成果来说，不管在接下来会引发怎样的争议，也不管是真是假，都要秉持“让子弹飞一会儿”的观望态度。

最后，如果这种新型的室温超导体是真的，它将改变几乎所有使用到电能的技术，并将为电子设备、磁悬浮列车和核聚变发电厂带来全新的可能性。如前所述，只要能实现室温超导体必将带来多方面的变革。

https://www.nytimes.com/2023/03/08/science/room-temperature-superconductor-ranga-dias.html

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