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yexuqing木蟲之王 (文學(xué)泰斗)
太陽系系主任
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21℃室溫超導(dǎo)引爆物理圈，曾被撤稿研究再登Nature 已有1人參與
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機(jī)器之心報道 機(jī)器之心編輯部 若最終能夠?qū)崿F(xiàn)應(yīng)用，我們就不用再擔(dān)心電池沒電了。 凝聚態(tài)物理學(xué)是當(dāng)今物理最大、最重要的分支學(xué)科之一，凝聚態(tài)物理的「圣杯」之一就是高溫超導(dǎo)。 本周二下午，在拉斯維加斯舉行的美國物理學(xué)會（APS March Meeting）三月年度會議上，羅切斯特大學(xué)的物理學(xué)家 Ranga Dias 發(fā)表了一場座無虛席的演講，他宣布他和他的團(tuán)隊已經(jīng)實現(xiàn)了該領(lǐng)域的百年夢想：一種超導(dǎo)體，能在室溫和接近常壓的環(huán)境下工作。 如果誰能在室溫條件下實現(xiàn)超導(dǎo)，就可以說開啟了一場新的技術(shù)革命：人們對于演講的興趣極其強(qiáng)烈，以至于安保人員在演講開始前 15 分鐘就開始阻止更多人進(jìn)入人滿為患的房間。在 Dias 開始講話前不久，還可以聽到他們在將好奇的旁觀者趕走。 Dias 等人的研究今天發(fā)表在科學(xué)頂刊《自然》雜志上，該研究成果似乎表明，一種傳統(tǒng)導(dǎo)體 —— 一種由氫、氮和稀土金屬镥組成的固體 —— 被轉(zhuǎn)化為一種完美無瑕的材料，能夠以完美的效率導(dǎo)電。 論文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41586-023-05742-0 此前，人們只有在極冷的溫度或超高壓力下才能觀察到超導(dǎo)性 —— 這些條件使實驗材料無法用于長期、常規(guī)的應(yīng)用，例如無損電力傳輸、懸浮高速列車和平價醫(yī)療影像設(shè)備。 而在新研究中，人們鍛造的化合物成功在 21 攝氏度（69.8 華氏度，294K）和大約 1 吉帕的壓力下無電阻地傳導(dǎo)電流。這仍然是一個很大的壓力 —— 大約是馬里亞納海溝最深處壓力的 10 倍 —— 但它比以前使用類似材料進(jìn)行的實驗所需的壓力低 100 多倍。 近百年科學(xué)家們在超導(dǎo)材料上的探索路程。 佛羅里達(dá)大學(xué)物理學(xué)家 James Hamlin 評價說：「如果這是真的，那么他們的研究完全是革命性的。室溫超導(dǎo)是人們一個世紀(jì)以來的夢想�，F(xiàn)有的超導(dǎo)體需要昂貴而笨重的冷卻系統(tǒng)來無摩擦地導(dǎo)電。室溫超導(dǎo)體的誕生將使得電網(wǎng)、計算機(jī)芯片以及磁懸浮列車、核聚變發(fā)電所需的超強(qiáng)導(dǎo)體更加高效�！� 21℃，實現(xiàn)室溫超導(dǎo) 這項研究中所涉及的超導(dǎo)形式要求電子相互耦合，形成所謂的庫珀對（庫珀對是美國物理學(xué)家 Leon Cooper 于 1956 年首次提出的描述在低溫下一對電子或其他費(fèi)米子以某一方式束縛在一起的理論）。促進(jìn)庫珀對形成的一個因素是與這些電子相關(guān)的原子核之間的高頻振動（稱為聲子）。這在輕核中更容易安排，而氫是周圍最輕的。因此，尋找將更多的氫塞入化學(xué)品的方法被認(rèn)為是生產(chǎn)更高溫度的超導(dǎo)體的可行途徑。 然而，要做到這一點，最可靠的方法就是承受極大的壓力。這些壓力可以促使氫氣進(jìn)入金屬的晶體結(jié)構(gòu)，或者形成在較低壓力下不穩(wěn)定的富氫化學(xué)品。這兩種方法都產(chǎn)生了具有非常高的臨界溫度的化學(xué)品，這是它們支持超導(dǎo)性的最高點。然而，雖然這些已經(jīng)接近室溫，但所需的壓力是多個吉帕斯卡（Gigapascal）—— 每個吉帕斯卡是海平面大氣壓力的近 1 萬倍。 從本質(zhì)上講，這相當(dāng)于用不切實際的溫度換取不切實際的壓力。 然而，我們希望的是常溫和常壓，我們可以利用這些化學(xué)品來確定產(chǎn)生這種富氫超導(dǎo)性的一般原則，然后利用這些原則來確定在更容易維持的條件下顯示類似行為的其他化學(xué)品。 研究小組將注意力集中在镥（Lutetium，原子序數(shù)71）上，因為它的電子軌道的占用應(yīng)該會提供更多的電子，這些電子可能參與形成庫珀對，使超導(dǎo)更容易實現(xiàn)。該研究還添加了微量的氮，以通過摻雜材料使結(jié)構(gòu)更穩(wěn)定，從而有可能降低所需的壓力。 很明顯，在進(jìn)行測量之前，镥 / 氮 / 氫的混合物發(fā)生了一些變化。在環(huán)境條件下，添加這兩種氣體會使镥變藍(lán)，這可能是由于氫滲入了金屬。但隨著壓力增加到數(shù)千個大氣壓，混合物變成了戲劇性的粉紅色，結(jié)果證明這與混合物變成金屬有關(guān)。繼續(xù)將壓力增加到超過 30000 倍大氣壓，它失去了金屬特性并變成了更深的紅色。 近環(huán)境下镥 - 氮 - 氫的超導(dǎo)性壓力 從 3000 到 30000 倍大氣壓范圍內(nèi)，超導(dǎo)性是有可能的。因此，研究人員在這個壓力范圍內(nèi)進(jìn)行測試，從而幫助找到支持最高臨界溫度的壓力。該研究發(fā)現(xiàn)溫度為 294 K，大約為 21°C，和室溫差不多，這種材料似乎失去了對電流的阻力，前提是氣壓峰值大約是大氣壓的 10000 倍。 此外，超導(dǎo)性也改變了材料的磁性，并且論文中的大部分內(nèi)容都討論了測量樣品的磁性。其實研究樣品磁性并不是一件容易的事，考慮到樣品會非常的小，而且它們往往被夾在所有需要在極端壓力下粉碎樣品的硬件之間。 為了弄清這種材料是什么，科學(xué)家們做了大量的工作。幾乎可以肯定的是，它包含一些融入到金屬中的氫和氮，但目前還不清楚有多少，因為任何多余的兩種氣體都可以簡單地從樣品中排除。研究人員試圖對它進(jìn)行晶體學(xué)研究，但結(jié)果有些含糊不清。氫（原子量為 1）的信號被镥（原子量為 175）的信號所淹沒，而且氫有可能在該材料中移動。 因此，盡管他們確定了氫可能在材料中的位置，但并不清楚這些位置有多少被實際占據(jù)。而這將使從這種材料的行為中提取更大的原則成為一種挑戰(zhàn)。 撤稿疑云 Ranga Dias。圖源：J. Adam Fenster/University of Rochester 鑒于 Ranga Dias 研究小組最近一次撤稿事件，許多物理學(xué)家表示不會再輕易相信。Hamlin 說：「我認(rèn)為他們必須做一些真正的工作，并真正開放，人們才會相信它�！� 加州大學(xué)圣地亞哥分校的物理學(xué)家 Jorge Hirsch（他也是 H-index 發(fā)明者），也是該團(tuán)隊早期工作的批評者，甚至表達(dá)得更加直接：「我對新結(jié)果比較懷疑，因為我不相信這些作者�！� 值得一提的是，Jorge Hirsch 這次 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。 Jorge Hirsch（站立者）與 Ranga Dias。圖片來自知乎 @芝了，https://www.zhihu.com/question/588302961 2020 年，由物理學(xué)家 Ranga Dias 領(lǐng)導(dǎo)的研究小組報告了碳、硫和氫（CSH）的微小斑點中的超導(dǎo)性，一度引起轟動，該小組通過將兩顆金剛石尖端之間的材料擠壓到數(shù)百萬倍的大氣壓強(qiáng)來實現(xiàn)。科學(xué)家們此前已經(jīng)制造出了其他富含氫的超導(dǎo)體，被稱為氫化物，但它們必須被冷卻到 250K（-23℃）或更低。CSH 在 287K 的溫度下進(jìn)行超導(dǎo)，即葡萄酒冰箱的溫度。 當(dāng)時，《科學(xué)》雜志對這項研究的報道標(biāo)題是「終于，室溫超導(dǎo)實現(xiàn)了」。 但是其他研究人員無法復(fù)現(xiàn) CSH 的結(jié)果，并抱怨該研究的配方含糊不清且不完整。其他研究人員則發(fā)現(xiàn)該小組測量材料磁性行為的方式有問題，而磁性行為是超導(dǎo)性的一個關(guān)鍵標(biāo)志。 一年后，Dias 和他經(jīng)常合作的內(nèi)華達(dá)大學(xué)拉斯維加斯分校物理學(xué)家 Ashkan Salamat 以 149 頁文件的形式發(fā)布了原始數(shù)據(jù)，詳細(xì)介紹了一種不尋常的、復(fù)雜的消除背景磁干擾的方法。這種方法與他們在原始論文中描述的程序不一致。 最終，在所有作者的反對下，《自然》雜志于 2022 年 9 月撤回了這篇論文。 那么這一次，其他實驗室是否能夠復(fù)制這種材料并確認(rèn)其超導(dǎo)性？ Hamlin 說，雖然世界上只有少數(shù)幾個小組能夠在令人難以置信的金剛石高壓砧下工作，以看到 CSH 中的超導(dǎo)性，但大概有幾十個實驗室能夠在較低的镥基材料的壓力體系中工作。Dias 說，過去幾個月他的實驗室一直在研究一種方法，將金剛石砧室完全從工藝中移除，這可以進(jìn)一步加快確認(rèn)這一發(fā)現(xiàn)。 為了讓其他實驗室完全復(fù)制這些結(jié)果，該小組必須愿意分享整個原始數(shù)據(jù)集以及詳細(xì)的樣品制備方法，或者將他們的材料樣品發(fā)送給其他實驗室進(jìn)行測試。然而，外部訪問可能達(dá)不到社區(qū)的希望。Dias 和 Salamat 成立了一家創(chuàng)業(yè)公司 Unearthly Materials，該公司已經(jīng)從包括 Spotify 和 OpenAI 的 CEO 等投資者處籌集了超過 2000 萬美元的資金。他們最近還申請了關(guān)于氫化镥的專利，這將阻止他們郵寄樣品。 「我們對如何制作我們的樣品有明確、詳細(xì)的說明，」Dias 說。「考慮到我們工藝的專有性和存在的知識產(chǎn)權(quán)，我們不打算分發(fā)這種材料�！� 網(wǎng)友怎么看？ 一場會議報告之后，該消息已經(jīng)在全球都引起了轟動。一個重大的科學(xué)突破會受到全世界的高度關(guān)注，那么必然也要經(jīng)受住人們的質(zhì)疑，對于經(jīng)歷過撤稿風(fēng)波的 Ranga Dias 團(tuán)隊尤其如此。 有網(wǎng)友表示，鑒于這位作者之前的行為，這個工作需謹(jǐn)慎對待。 圖源：知乎網(wǎng)友 @Tycho 昨晚有網(wǎng)友看完直播之后，就演講中的實驗數(shù)據(jù)和細(xì)節(jié)提出了疑問。如果 Ranga Dias 團(tuán)隊能夠闡明實驗中一些設(shè)置的用意，解釋數(shù)據(jù)中存在的疑點，這項研究的成果就會更令人信服。 圖源：知乎網(wǎng)友 @洗芝溪 還有網(wǎng)友表示，如果結(jié)果經(jīng)不起推敲，科學(xué)家的信譽(yù)將受到極大損害。 看來，Dias 這一次對于凝聚態(tài)物理圣杯的沖擊是否成功，還需要更多科學(xué)家的進(jìn)一步驗證。 參考內(nèi)容： https://www.zhihu.com/question/588302961 https://meetings.aps.org/Meeting/MAR23/Session/K20.2 https://www.quantamagazine.org/r ... esistance-20230308/ https://arstechnica.com/science/ ... at-lower-pressures/ 特別聲明 |
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室溫超導(dǎo)轟動性研究8天就翻車？ 聞�；� 圖片來源：南京大學(xué) “這個結(jié)論肯定是推翻了，毋庸置疑的�！蹦暇┐髮W(xué)超導(dǎo)物理和材料研究中心主任聞海虎對《中國科學(xué)報》說出這句話的時候，語氣足夠堅決。 “這個結(jié)論”，指的就是當(dāng)下大火的美國羅切斯特大學(xué)Ranga Dias團(tuán)隊的室溫超導(dǎo)研究。他們宣稱自己研發(fā)的一種镥氮?dú)洳牧显诮?萬個大氣壓（1GPa）下實現(xiàn)了室溫超導(dǎo)。 3月15日，聞�；F(tuán)隊在預(yù)印本網(wǎng)站arXiv提交了一篇包括9名作者、長達(dá)16頁的研究論文，直截了當(dāng)否定了Dias的研究結(jié)論。論文結(jié)論稱：“我們的實驗清楚地表明，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�！� 這距離Dias的研究發(fā)布只有8天，如果實錘，Dias將會再次被打臉。 復(fù)刻Dias實驗 3月7日，看見Dias在美國物理學(xué)會會議上的報告結(jié)果后，聞海虎火速安排重復(fù)實驗，“我們的初步樣品很快出來了，后來又作了一些調(diào)整”。 為何效率如此之高？聞海虎稱，這是他們團(tuán)隊加班加點共同努力的結(jié)果。事實上，這個復(fù)刻實驗“難度不是很大”，但是“測量起來還是有難度的”，因為需要精細(xì)的信號，而數(shù)據(jù)分析也是有難度的，幸好他們“平時有很好的積累”。 實驗并非完全復(fù)刻。聞�；l(fā)現(xiàn)，Dias給的制備樣品方案幾乎不可行，于是他們結(jié)合自己的條件，完全以新的方式進(jìn)行合成并得到了镥氮?dú)洳牧�。X射線衍射儀技術(shù)檢查顯示，該材料結(jié)構(gòu)與Dias的樣品幾乎一致，且能量色散X射線光譜儀分析也發(fā)現(xiàn)了氮元素。 聞�；F(tuán)隊隨即在6萬個大氣壓以下的不同壓力中，對該材料電阻進(jìn)行了測量，發(fā)現(xiàn)低至10K都沒有超導(dǎo)發(fā)生。同時，他們也進(jìn)行了仔細(xì)的磁化測量，發(fā)現(xiàn)沒有超導(dǎo)所需的抗磁信號。聞�；⒄f，這些發(fā)現(xiàn)足以否定Dias的常溫低壓下的超導(dǎo)結(jié)論。 因為Dias沒有說明其研究材料中的氮含量，目前只能以材料結(jié)構(gòu)來討論。聞�；⒄f，盡管樣品中氮含量或許有所不同，但是材料結(jié)構(gòu)一樣、3種元素兼具，這個情況下要有超導(dǎo)就應(yīng)該產(chǎn)生了，“不能說那一點成分的改變會決定超導(dǎo)或不超導(dǎo)”。 為什么Dias的制備樣品方案不可行呢？Dias的方案是，用兩個小金剛石對微腔中的镥、氮?dú)夂蜌錃庠?5攝氏度下加壓到1萬個大氣壓。聞海虎分析說，Dias的材料制備方法存在明顯的不合理性，65攝氏度太低，這個溫度下能產(chǎn)生金屬和氮?dú)�、氫氣的反�?yīng)是不可思議的。 聞�；⒄f，Dias可能給了一個錯誤的條件，或許是溫度少了一個“0”，“除非用激光加熱，否則很難做出來”，然而Dias并沒有提到激光。聞�；F(tuán)隊采用了高溫高壓爐來燒，很快就得到了镥氮?dú)洳牧稀?br /> 聞�；⒖紤]得更嚴(yán)謹(jǐn)。他說，這個材料在幾十萬個大氣壓下是否會出現(xiàn)高溫超導(dǎo)還不能下結(jié)論，“我們也正在做”。 需要更多的驗證 從1968年到今天，物理學(xué)家一直在研究與氫有關(guān)的超導(dǎo)屬性，硫化氫、稀土氫化物和堿土氫化物可以在超過200K的溫度下轉(zhuǎn)變?yōu)槌瑢?dǎo)態(tài)。 Dias團(tuán)隊這次將氫化镥中的部分氫換成氮，并宣稱在1GPa、20攝氏度的最高轉(zhuǎn)變溫度下測量到了超導(dǎo)。如果被證實，這將是史無前例的一大進(jìn)步。 此前，中科院物理研究所研究員靳常青在接受《中國科學(xué)報》采訪時，提及Dias這次研究的幾個存疑細(xì)節(jié)，包括合成樣品結(jié)構(gòu)不清楚、氫的含量太低（與之前發(fā)現(xiàn)的富氫超導(dǎo)體迥異）。 為何氫的含量如此重要？這與學(xué)界對超導(dǎo)的一種固有認(rèn)識有關(guān)。一般而言，超導(dǎo)材料中氫含量越高，其超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度越高。 計算化學(xué)家、美國加州州立大學(xué)北嶺分校副教授苗茂生告訴《中國科學(xué)報》，富氫超導(dǎo)體和低氫超導(dǎo)體二者是“完全不同的系統(tǒng)”，Dias的結(jié)論顛覆了已有的認(rèn)識。比如十氫化鑭超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度為零下13攝氏度，已經(jīng)很高了；而Dias的镥氮?dú)洳牧现�，镥：氫摩爾比不�?，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于十氫化鑭，其超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度卻高于十氫化鑭。 苗茂生說，很難想象Dias的镥氮?dú)洳牧蠒蔀橐粋�電聲子耦合超導(dǎo)。基于電聲子耦合理論計算得出，這個材料的超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度應(yīng)該在十幾K。 他提示，高壓實驗是非常難做的實驗，樣品特別小，合成條件又很難達(dá)到非常均勻，加上信號測量的噪聲非常大，這些都是容易產(chǎn)生誤判的因素。 除了聞�；F(tuán)隊的論文外，近期還有數(shù)篇有關(guān)氫镥材料的類似研究發(fā)表。 更早的研究來自靳常青團(tuán)隊。3月9日，他們在arXiv發(fā)表研究稱，多氫化镥在218GPa的壓力下超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度為71K（約-202攝氏度）；當(dāng)壓力釋放到181GPa時，超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度降低到65K（約-208攝氏度）。這些超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度都遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于室溫。 中科院物理研究所研究員程金光團(tuán)隊于3月12日在arXiv發(fā)布了另一項研究。盡管他們的材料沒有添加氮元素，但他們在高達(dá)7.7GPa的壓力下對二氫化镥的測量表明，溫度低至1.5K（約-272攝氏度）時沒有超導(dǎo)性。 值得關(guān)注的是，Dias的兩次“前科”讓人無法對其研究放心�？蓽y試、可重復(fù)和透明度是科學(xué)研究具有可信度的重要因素。Dias此前的兩次重要研究，包括發(fā)表在《科學(xué)》雜志上的金屬氫研究和發(fā)表在《自然》雜志上的碳?xì)淞虺瑢?dǎo)研究，均未具備這些因素。 《自然》雜志也注意到了Dias的過往。靳常青和美國伊利諾伊大學(xué)香檳分校的David Ceperley在該期刊發(fā)表評論文章稱，因為Dias關(guān)于碳硫氫化物高溫超導(dǎo)的論文被撤回，對其最新研究的獨(dú)立測量數(shù)據(jù)將有助于消除疑慮。 苗茂生也提醒說，既然《自然》雜志接受了Dias的工作，那么就要嚴(yán)肅地討論它。如果要否定他的工作，那么就需要更多的證據(jù)和重復(fù)性驗證，后續(xù)應(yīng)該會有多個驗證論文很快發(fā)表。 （原標(biāo)題：南京大學(xué)聞海虎團(tuán)隊重復(fù)實驗再次推翻美國室溫超導(dǎo)轟動性研究） |
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21℃室溫超導(dǎo)出現(xiàn)了？專家：細(xì)節(jié)存疑 3月8日，賭城美國拉斯維加斯，一場專業(yè)的學(xué)術(shù)報告，瞬間讓物理學(xué)界沸騰了。 接下來，廣大股民和投資人或許要紛紛熬夜，學(xué)習(xí)一個他們完全陌生的領(lǐng)域——室溫超導(dǎo)。 這場報告來自美國羅切斯特大學(xué)的朗加·迪亞斯（Ranga Dias）團(tuán)隊。他們宣布：新材料在約21℃的室溫條件下，加壓到1萬個標(biāo)準(zhǔn)大氣壓就會出現(xiàn)超導(dǎo)現(xiàn)象。 如果是真的，這將意味著，科學(xué)家追尋80多年的室溫超導(dǎo)被發(fā)現(xiàn)了。 當(dāng)天在拉斯維加斯，開的是一年一度的國際物理學(xué)盛會——美國三月會議。宣布這一最新成果的報告廳外，擠滿了各路物理學(xué)“大�！保捎诂F(xiàn)場過于火爆，保安不得不一直“驅(qū)趕”人群，據(jù)稱好幾個“大�！鄙踔廖茨軘D入會場。 小小報告廳里更是人滿為患。雖然無緣現(xiàn)場見證熱鬧情形，但《中國科學(xué)報》獨(dú)家專訪了受《自然》邀請、對迪亞斯最新研究撰寫評論文章的我國學(xué)者。 爭議纏身的朗加·迪亞斯 3月8日凌晨，迪亞斯的這一最新成果在《自然》雜志發(fā)表。事實上，這不是迪亞斯第一次在《自然》上發(fā)表室溫超導(dǎo)研究了。 ? 物理學(xué)家朗加·迪亞斯說，他發(fā)現(xiàn)了一種在室溫和相對低壓下的超導(dǎo)材料。 （圖片來源：羅切斯特大學(xué)） 而關(guān)于他的爭議，也一直沒有消停過。 2017年，迪亞斯宣布發(fā)現(xiàn)了金屬氫，但因為后來在實驗中操作失誤，氫泄漏導(dǎo)致金剛石爆炸，無法再做實驗，也就再無后續(xù)。 2020年，迪亞斯宣布一種由氫-硫-碳3種元素組成的新材料可以實現(xiàn)室溫超導(dǎo)（15℃，267GPa）。盡管壓力條件相較此次給出的結(jié)果距離實際應(yīng)用更遠(yuǎn)，但作為“首個室溫超導(dǎo)成果”，這項研究轟動了學(xué)界，還登上了《自然》封面。 他們將一種碳?xì)淞蚧旌衔锓湃雰蓚�金剛石尖間切好的微腔中，用激光激發(fā)樣品發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，并觀察到一個化合物形成。隨著他們不斷將實驗溫度降低，穿過材料的電流電阻降到了零，顯示該樣品已經(jīng)具有超導(dǎo)性。隨后，他們開始增加壓強(qiáng)，發(fā)現(xiàn)這種轉(zhuǎn)變會在越來越高的溫度下出現(xiàn)。 不過，《自然》雜志后來還是不顧論文作者的反對，單方面撤回了這篇論文，理由是研究人員在數(shù)據(jù)處理方面存在違規(guī)行為，這削弱了編輯對這些研究結(jié)果的信心。 因為這些“前車之鑒”，科學(xué)家對這次轟動性的最新結(jié)果表示“尚存疑慮”。 仍需要重復(fù)實驗才能確認(rèn) 3月9日，受《自然》邀請，中國科學(xué)院物理研究所研究員靳常青和美國伊利諾伊大學(xué)香檳分校的戴維·塞珀利配發(fā)了評論文章《對室溫超導(dǎo)性抱有希望，但仍存在疑慮》。 他們的文章指出，與之前的富氫超導(dǎo)化合物相比，論文樣品的氫含量相對較少。如果氮摻雜確實是超導(dǎo)狀態(tài)的部分原因，那么它在實現(xiàn)如此高的轉(zhuǎn)變溫度方面的作用還有待確定。 靳常青對《中國科學(xué)報》表示：“迪亞斯的論文看起來實驗數(shù)據(jù)很全面，但能不能經(jīng)得起推敲仍然存疑。第三方能否獨(dú)立重復(fù)他們的實驗至關(guān)重要。此外，已有理論能否對他們宣稱的發(fā)現(xiàn)給予合理解釋，也需要進(jìn)一步研究�！� 新發(fā)現(xiàn)的究竟是一種怎樣的材料？ 迪亞斯介紹，這種由镥-氮-氫 （Lu-N-H）構(gòu)成的材料，能在21℃（294K）的溫度下、1GPa的壓力下實現(xiàn)超導(dǎo)。 這一材料之所以受人關(guān)注，是因為實現(xiàn)條件“令人振奮”。畢竟，合成金剛石都需要幾個GPa壓強(qiáng)和1000多攝氏度的高溫。 當(dāng)然，1GPa也不可小覷，它約是大氣壓強(qiáng)的1萬倍。盡管條件已經(jīng)遠(yuǎn)低于先前室溫超導(dǎo)所需的數(shù)百萬個大氣壓，但迪亞斯在論文中也提到，成功率只有30%。 靳常青認(rèn)為，能夠驗證超導(dǎo)的幾個主要特征，包括零電阻、抗磁性、比熱跳變、IV曲線變化等，迪亞斯的論文都涵蓋了。“所以從實驗數(shù)據(jù)看，找不出太大的毛病，這也許是《自然》接收論文的一個原因�！� 按照迪亞斯的論文，整個實驗分為兩步：第一步先合成出初樣，第二步是加壓測試樣品的性質(zhì)。不過在合成樣品階段，很多關(guān)鍵細(xì)節(jié)并不清晰。 在靳常青看來，主要有幾個細(xì)節(jié)存疑。 第一，合成樣品結(jié)構(gòu)不清楚。1GPa的壓力比較低，所以樣品量可以做得比較多，應(yīng)該可以精確表征結(jié)構(gòu)，但是不知道為何迪亞斯沒有做。 第二，氫的含量太低。按照迪亞斯的“镥-氮-氫”模型，氫的含量低，镥：氫摩爾比不到3。而在之前發(fā)現(xiàn)的富氫超導(dǎo)體里，氫的摩爾占比為6～10甚至更高。 第三，如果迪亞斯的工作是對的，按照他們提供的基本結(jié)構(gòu)模型，氫原子之間的距離很遠(yuǎn)，難以實現(xiàn)直接相互作用，這對理論研究提出了一個問題。 值得關(guān)注的是，此次迪亞斯合成的镥-氮-氫 材料與以往不同。超導(dǎo)科普作家、中國科學(xué)院物理研究所研究員羅會仟告訴《中國科學(xué)報》，大多數(shù)情況下，臨界溫度比較高的超導(dǎo)體材料都呈現(xiàn)黑色，而迪亞斯所展示的圖片是藍(lán)色，材料加壓后變成了粉色，然后變成了紅色。但為何不一樣，迪亞斯尚無法回答。在高壓下，材料能夠出現(xiàn)的結(jié)構(gòu)種類很多，最終還要靠實驗檢驗。 前景誘人但不宜盲目樂觀 室溫超導(dǎo)在磁懸浮、城市電網(wǎng)、核磁共振等方面有著廣闊的應(yīng)用前景，找到室溫超導(dǎo)材料，是全世界物理學(xué)家長久以來的夢想。 但直到1957年，才有了第一個真正能描述超導(dǎo)現(xiàn)象的微觀理論——BCS理論。該理論由美國科學(xué)家基于“電子-聲子相互作用”建立。 如何判斷超導(dǎo)？一個是零電阻效應(yīng)，當(dāng)溫度下降到某一特定值時，材料的電阻突然下降為零，這個特性可以承載大電流而不發(fā)熱。 另一個是完全抗磁性，又稱邁斯納效應(yīng)，即磁場不能穿越超導(dǎo)體內(nèi)部，這種特性的最大用途是磁懸浮。 事實上，在迪亞斯的研究發(fā)現(xiàn)之前，硫化氫、氫化鑭等氫化合物已被發(fā)現(xiàn)是室溫超導(dǎo)體，但無一例外，它們均需要極高壓強(qiáng)以及復(fù)雜的制備過程，加之金剛石成本高、實驗中稍有不慎即破碎，應(yīng)用情況始終不盡如人意。 商用方面，迪亞斯等人創(chuàng)建了一家名為“非凡材料”的公司，以盡快將室溫超導(dǎo)材料商業(yè)化。 “無論機(jī)制如何，常溫常壓條件下的超導(dǎo)材料的前景都是誘人的。例如，超導(dǎo)材料可以制造出強(qiáng)大的磁體，用于磁共振成像（MRI）。MRI技術(shù)自半個世紀(jì)前首次出現(xiàn)以來，對醫(yī)學(xué)診斷產(chǎn)生了深遠(yuǎn)影響。這種材料也可以用于磁懸浮，研發(fā)出高速穩(wěn)定的超導(dǎo)磁懸浮列車。因此，新的氫化合物有望使這些技術(shù)更接近現(xiàn)實�！苯Ｇ嗪腿昀餐硎�。 “建議大家不要盲目樂觀。”羅會仟告訴《中國科學(xué)報》，目前，雖然金屬氫化物超導(dǎo)材料的臨界溫度提高了，但還需要高壓合成測量等技術(shù)，產(chǎn)量低且成本高，很難實現(xiàn)大規(guī)模應(yīng)用。只有未來實現(xiàn)了室溫超導(dǎo)的工業(yè)化量產(chǎn)，才能處處見到超導(dǎo)體。 相關(guān)論文信息： https://www.nature.com/articles/s41586-023-05742-0 https://www.nature.com/articles/d41586-023-00599-9 |
2樓2023-03-13 11:39:12
 本帖僅樓主可見 |
4樓2024-09-18 08:43:48
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