這些天，不少讀者都注意到了發(fā)生在科學(xué)界的一場(chǎng)鬧劇：美國(guó)科學(xué)家迪亞茲發(fā)布了“室溫超導(dǎo)”的最新進(jìn)展，但南大聞海虎教授很快通過實(shí)驗(yàn)論證將其推翻。關(guān)于“超導(dǎo)”的討論，至今依然熱烈。“超導(dǎo)”到底是什么？會(huì)給我們的生活帶來多大的改變？南京航空航天大學(xué)物理學(xué)院副院長(zhǎng)李晉斌表示，如果“室溫超導(dǎo)”真的實(shí)現(xiàn)了，以后在家里就能搞一個(gè)非常酷的懸浮沙發(fā)躺著看電視，磕瓜子。但這一切的實(shí)現(xiàn)都需要滿足多個(gè)條件，科學(xué)家們還得繼續(xù)奮斗很多年。

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112年前，“超導(dǎo)”現(xiàn)象被發(fā)現(xiàn)

科普“超導(dǎo)”需要從它的概念說起。“超導(dǎo)”顧名思義“超級(jí)能導(dǎo)電”，它的發(fā)現(xiàn)，要追溯到1911年。1911年，荷蘭物理學(xué)家海克·卡曼林·昂尼斯發(fā)現(xiàn)，把汞冷卻到-269攝氏度時(shí)電阻會(huì)突然消失，電子會(huì)在其中無阻礙地運(yùn)動(dòng)。后來，他又注意到許多金屬和合金都具有與汞相類似的特性，他將這種特殊的導(dǎo)電性能稱之為“超導(dǎo)態(tài)”。這是人類首次發(fā)現(xiàn)超導(dǎo)現(xiàn)象。昂尼斯因研究物質(zhì)在低溫下的性質(zhì)，并制出液態(tài)氦而榮獲1913年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。

“超導(dǎo)的形成機(jī)制，類似于很多人聽過的一個(gè)故事——拿破侖的軍隊(duì)過橋。”南京航空航天大學(xué)物理學(xué)院副院長(zhǎng)李晉斌解釋，“同樣一座橋，普通游人用各自的步行節(jié)奏通過，橋不會(huì)產(chǎn)生共振現(xiàn)象，所以能繼續(xù)維持。但軍隊(duì)過橋時(shí)，相同人數(shù)對(duì)橋產(chǎn)生的壓力沒有增加，但軍士腳步整齊劃一，致使橋產(chǎn)生共振，最終橋面轟然倒塌。”同樣，極低溫下的金屬塊里，原本不規(guī)則運(yùn)動(dòng)的電子，一下子像軍士一樣，開始了整齊運(yùn)動(dòng)，于是便有了物理定義里的“關(guān)聯(lián)”，類似于軍士腳步產(chǎn)生的“共振”，一下子就有無窮的導(dǎo)電能力。

怎樣給超導(dǎo)環(huán)境“升溫”，科學(xué)家們拼了

“超級(jí)能導(dǎo)電”這一特性雖然被科學(xué)家發(fā)現(xiàn)了，但卻自帶“致命缺陷”：它只能在-269攝氏度這樣極低的溫度中實(shí)現(xiàn)“超導(dǎo)”，正常環(huán)境下，金屬還是存在電阻，電流通過時(shí)依然會(huì)“受到阻礙”。

要是能在常溫下實(shí)現(xiàn)“超級(jí)能導(dǎo)電”，該有多好！此后的一個(gè)多世紀(jì)中，為了逐步提高超導(dǎo)臨界轉(zhuǎn)變溫度，努力達(dá)到正常人能接受的“室溫”，新的超導(dǎo)材料相繼被發(fā)現(xiàn)，一波接一波沖擊更高的超導(dǎo)臨界轉(zhuǎn)變溫度，每次發(fā)現(xiàn)都推動(dòng)著科學(xué)家投身相關(guān)的研究熱潮。

據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，前后有10位科學(xué)家因?yàn)槌瑢?dǎo)研究而獲獎(jiǎng)。其中較為著名的，是上世紀(jì)80年代初，科學(xué)家柏諾茲和繆勒開始在氧化物中尋找超導(dǎo)體，最終在1986年成功合成鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的鑭鋇銅氧化物，臨界轉(zhuǎn)變溫度高達(dá)-238.15攝氏度。這立刻掀起了全球范圍的熱潮，包括華人物理學(xué)家朱經(jīng)武和中科院物理所趙忠賢在內(nèi)的團(tuán)隊(duì)，很快將高溫超導(dǎo)的臨界轉(zhuǎn)變溫度提升到-173攝氏度以上。柏諾茲和繆勒因此獲得了1987年的諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。

超導(dǎo)家族中的很多成員，都是中國(guó)人發(fā)現(xiàn)的

然而，鈣鈦礦的結(jié)構(gòu)類似于我們見到的陶瓷，沒有辦法加工成傳輸線。2008年，日本科學(xué)家細(xì)野秀雄發(fā)現(xiàn)了一種很重要的材料——鐵基超導(dǎo)體鑭鐵砷氧氟，其超導(dǎo)溫度可達(dá)-247.15攝氏度。中國(guó)科學(xué)家敏銳地注意到這個(gè)材料很重要，接著把鑭氧鐵砷氟中的鑭換成了其他的鑭系元素，結(jié)果他們獲得的釤鐵砷氧氟，超導(dǎo)溫度可以達(dá)到-218攝氏度。這就是第二大高溫超導(dǎo)體家族——鐵基高溫超導(dǎo)體。

現(xiàn)在，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)了這個(gè)家族的很多成員，其中很多是中國(guó)人發(fā)現(xiàn)的。鐵基超導(dǎo)塊體材料目前最高超導(dǎo)溫度可以達(dá)到-218攝氏度，鐵硒薄膜材料至少可以達(dá)到-208.15攝氏度。

又一次，中國(guó)科學(xué)家推翻了美國(guó)最新研究

這一次美國(guó)科學(xué)家迪亞茲的最新“研究成果”，主題依然是對(duì)超導(dǎo)臨界轉(zhuǎn)變溫度的“優(yōu)化”。迪亞茲團(tuán)隊(duì)通過實(shí)驗(yàn)，創(chuàng)造出了一種在室溫和相對(duì)較低壓力的可在實(shí)際條件下工作的“超導(dǎo)體”。該超導(dǎo)體由氫、氮和镥（Lu-N-H）三種金屬元素材料混合、放置在“金剛石壓砧”裝置中加壓，在約21℃溫度下、以及1萬個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓的壓力下進(jìn)入超導(dǎo)狀態(tài)，失去了對(duì)電流的阻力，從而實(shí)現(xiàn)這種新型超導(dǎo)體在室溫環(huán)境中應(yīng)用的可能。

但很快，這一結(jié)論就被南京大學(xué)聞海虎教授團(tuán)隊(duì)推翻。3月15日，聞海虎團(tuán)隊(duì)提交了一篇包括9名作者、長(zhǎng)達(dá)16頁(yè)的研究論文，直截了當(dāng)否定了迪亞茲的研究結(jié)論。論文結(jié)論稱：“我們的實(shí)驗(yàn)清楚地表明，從環(huán)境壓力到6.3GPa，溫度低至10K（約-263攝氏度），镥氮?dú)洳牧螸uH2±xNy中不存在超導(dǎo)性。”

滿足多個(gè)條件，“室溫超導(dǎo)”有實(shí)現(xiàn)的可能

“其實(shí)，迪亞茲的實(shí)驗(yàn)縱使可以實(shí)現(xiàn)，也忽略了超導(dǎo)應(yīng)用的條件。”李晉斌教授告訴記者，真正要實(shí)現(xiàn)“室溫超導(dǎo)”，除了壓強(qiáng)和低溫之外，還需要電流等多種條件的配合。“舉個(gè)例子，大家都覺得木頭是絕緣體，其實(shí)，當(dāng)電流足夠大時(shí)，連木頭都會(huì)被擊穿，從而變成導(dǎo)體。”

那么，科學(xué)家們奮斗了一百多年的“室溫超導(dǎo)”，到底有沒有實(shí)現(xiàn)的可能？李晉斌表示，科學(xué)論證中完全可以有。其實(shí)，壓力大一點(diǎn)就可以幫科學(xué)家實(shí)現(xiàn)室溫超導(dǎo)。比如說氫在常溫下是氣體，兩個(gè)金剛石對(duì)著壓就會(huì)變成金屬氫，金屬氫就是傳說中的室溫超導(dǎo)體。

科學(xué)家們?cè)l(fā)現(xiàn)，在鑭氫10里面加200萬個(gè)左右的大氣壓，可以達(dá)到臨界溫度250K。250K是什么概念？是-23℃，在東北就當(dāng)作室溫了。“如果滿足了室溫超導(dǎo)的所有條件，真正實(shí)現(xiàn)室溫超導(dǎo)后的生活，還是挺愜意的。”李晉斌舉了個(gè)例子，比如，以后在家里就能搞一個(gè)非常酷的懸浮沙發(fā)躺著看電視，磕瓜子。我們走出房間，可以看到天上有懸浮的城市，地上有懸浮的汽車，不只是懸浮的高鐵了。

“超導(dǎo)”已經(jīng)在生活中開始應(yīng)用

“超導(dǎo)除了超級(jí)導(dǎo)電性這一性質(zhì)以外，還有一個(gè)很重要性質(zhì)就是抗磁性。”李晉斌告訴記者，如果未來“室溫超導(dǎo)”可以實(shí)現(xiàn)，利用超導(dǎo)抗磁性可以建造超級(jí)磁懸浮列車，那么北京到上海的高鐵時(shí)間將縮短到半小時(shí)。

對(duì)于絕大多數(shù)人來說，“超導(dǎo)”還是個(gè)玄幻的科學(xué)名詞。但在我們的日常生活中，“超導(dǎo)”已有不少應(yīng)用。比如航空航天中的精密測(cè)量，又或者是醫(yī)院里的核磁共振。“核磁共振能夠比X光拍得更加精細(xì)，就是用上了超導(dǎo)技術(shù)。科技的確可以改變生活。”李晉斌說。

揚(yáng)子晚報(bào)/紫牛新聞記者  楊甜子

校對(duì) 王菲