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刷屏的室温超导会改变我们的生活吗?中科院专家实际应用还很远

  当地时间3月8日,《自然》正式发表了美国罗彻斯特大学机械工程和物理学助理教授兰加·迪亚斯领导的团队的新论文。论文中,研究人员描述了一种由氢、氮、镥三种元素组成的三元相,其在大约1万个大气压下可以实现约21℃的室温超导电性。
  该团队此前研究可信度存疑的争议事件给这次宣告蒙上了一层阴影,尤其引发争议的是,该团队2020年第一次发表的"室温超导"研究曾于6个月前被《自然》强制撤稿。由此,半年后再次宣称发现"室温超导"材料,该团队的这项新研究或将面临该领域学者们更加严格的验证。即使充满争议,但不少物理学家对此研究给予了极高评价。美国佛罗里达大学物理学家詹姆斯·哈姆林表示,如果这是真的,"这是一个惊天动地、开创性、非常令人兴奋的发现。"
  ↑罗会仟
  此次研究有何特别之处,为何值得我们关注?3月9日,中国科学院物理研究所、超导国家重点实验室研究员罗会仟接受红星新闻专访,围绕"超导"进行了科普,还分析此项研究的突破性进展等。
  研究突破点:
  实现室温超导,且所需压力变低
  罗会仟认为,该团队此次研究的突破性在于,其材料不仅能够在21℃的室温条件下实现——突破了传统超导材料需要极低温的温度条件(接近"绝对零度"——零下273.15℃),而且还突破了压强条件。"他这个文章为什么会受到关注?主要是他的(实验结果)压力变低了。以前(的材料需要)有200多万个大气压。你看现在1万个大气压的时候,它的超导温度已经是最高达到了20℃,确切来说,它是21℃,那么就已经可以认为是室温超导。"
  据悉,该材料只需要大约10kbar(即1GPa)压力,约是1万个标准大气压(1个约为101.325kPa)。如果要投入实际应用,这个数字也不小,不过与过去需要"200多万个大气压"相比,已经是突破性进展了。研究者迪亚斯宣称,他们生产了数百个材料样本,压力降低到约1GPa后,他们仍能够观察到数十个样本有超导性。
  ↑兰加·迪亚斯
  罗会仟指出,由于该团队过去两年受到很多质疑,因此他们在这篇文章内容也做出了改变:增加了数据,以进行回应。"过去两年,他们其实受到质疑非常多,所以他们要这个文章能顺利发表出来,那就必须能够回应,能经得住这些质疑。"
  罗会仟告诉红星新闻记者,"这一次跟以前的不一样,该团队给出了一个比热的数据,这个时候这么大的压力下,有个很清楚的比热的跳变,就跟超导现象比较接近了。"
  他认为,如果该团队在论文里展现这个数据是正确的,那么质疑可能会减少。"如果这些数据都是正确的话,基本上能说明这个东西是一个超导的现象。"
  三问"室温超导":
  1. 什么是"室温超导"?
  罗会仟先解释了"超导现象",他说:"超导是零电阻,没有损耗,通电不会发热。"通常情况下,电流从物体中穿过会产生消耗。如果物体的电阻越小,这个物体的导电性就越强。所谓超导现象,就是一种特殊"零电阻+完全抗磁性"物理现象。1911年春,荷兰物理学家海克·卡末林·昂内斯惊喜地发现在零下269℃的环境中,汞的电阻降为零,他把这种现象称为超导性。
  然而,这些材料只能在超低温下失去阻力,这限制了实际应用。几十年来,科学家们一直在寻找在室温下工作的超导体。如果室温超导研究被证实,那么超导材料将可能在生产生活中得到大规模应用。
  2."室温超导"会改变生活吗?
  "超导在很多方面有非常重要的用途。在城市电网里面用来输电的话,可以节省很多能源。超导还可以做高场磁体,应用到医院的核磁共振的成像。"罗会仟告诉红星新闻记者,"超导应用的一个例子,就是我们的高温超导磁悬浮。"
  据新华每日电讯,世界第一台高温超导高速磁悬浮列车就在四川成都正式亮相,由西南交通大学研发,其工作原理就是在列车底部安装超导体,然后在行进的过程中不断使用液氮将其降温到"高温"(超导临界温度以下,约77K),在电磁铁修建的轨道上运行。
  ↑高温超导高速磁浮工程化样车驾驶台 新华社记者 刘坤 摄
  如果美国团队这一充满争议的"室温超导"研究被证实,是否能够投入大规模应用,改变人类的生活?对此,罗会仟认为需要谨慎看待其商用未来前景。"大家不要盲目乐观。室温超导都实现了,是不是将来所有的能源方面,我都可以用上?不是的,因为只要它某一个关键参数不好用,我们就可能很难做到规模化的应用。"
  罗会仟进一步解释说:"可以很肯定地说,如果是基于今天这个高压技术,它是绝对不可能有大规模应用。它不是单纯一个临界温度的指标就够了的。你光临界温度提高上去,材料其他的性质没有跟上去的话,它也用不了。"他指出,即使降低了压力,约有1万个大气压的1GPa压力对于实际应用仍是一项挑战。
  "如果将来我们(假设)把压力撤掉,它这个材料依旧是稳定的,而且是室温超导的,可能这个材料用途就很高了。所有的能够用到电和磁的地方,我们都可以用上超导材料。"
  3."室温超导"能够带来多高的商业利益?
  "室温超导"带来的商业利益有多高?罗会仟表示,这一前景目前"没法判断"。"其实还远着,至少从今天来看,它最多是有一些基础研究的价值,只是证明我们有希望,但是希望要多久,其实可能是几年、几十年甚至一百年都有可能。我的判断是,这个技术所谓的颠覆性,不会一下子来得那么快。"他表示,基础科研和应用科研差距很大,此项研究是基础科研,意义在于探索和发现。
  罗会仟长期从事高温超导机理的基础科研,目前已发表论文160余篇,他在铁基超导体中的量子临界、自旋共振、电子向列涨落等前沿方面取得了不少进展。基于自己在科研工作中的感受,他告诉红星新闻记者:"如果你整天只盯着这个东西一定要有什么用的话,对做基础科研的科学家来说是非常痛苦的。"
  红星新闻记者 闫沫琛 实习记者 邓纾怡
  编辑 张莉 责任编辑 魏孔明

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