央廣網(wǎng)北京3月23日消息 據(jù)中央廣播電視總臺(tái)中國(guó)之聲《新聞超鏈接》報(bào)道，美國(guó)羅切斯特大學(xué)團(tuán)隊(duì)的室溫超導(dǎo)研究最近大火。他們宣稱(chēng)自己研發(fā)的一種镥氮?dú)洳牧显诮?萬(wàn)個(gè)大氣壓（1GPa）下實(shí)現(xiàn)了室溫超導(dǎo)。這遠(yuǎn)低于目前室溫超導(dǎo)體通常所需要的數(shù)百萬(wàn)個(gè)大氣壓。不過(guò)，該研究成果發(fā)表之后，有業(yè)內(nèi)專(zhuān)家表示謹(jǐn)慎樂(lè)觀或者質(zhì)疑。

　　3月15日，南京大學(xué)超導(dǎo)物理和材料研究中心主任聞海虎團(tuán)隊(duì)在預(yù)印本網(wǎng)站arXiv提交了一篇包括9名作者、長(zhǎng)達(dá)16頁(yè)的研究論文，否定了相關(guān)的研究結(jié)論，這距離室溫超導(dǎo)的研究發(fā)布只有8天。

　　這項(xiàng)證偽實(shí)驗(yàn)是如何完成的？羅切斯特大學(xué)團(tuán)隊(duì)的室溫超導(dǎo)研究有可能在哪個(gè)環(huán)節(jié)出了問(wèn)題？室溫超導(dǎo)為何這么難實(shí)現(xiàn)？

　　失之毫厘，一定差之千里？

　　南京大學(xué)超導(dǎo)物理和材料研究中心主任聞海虎介紹道，他的團(tuán)隊(duì)利用镥金屬和含氮、氫元素的氣體進(jìn)行燒結(jié)，在高溫高壓環(huán)境下成功合成復(fù)現(xiàn)出具有同樣結(jié)構(gòu)的镥氮?dú)洳牧稀?/p>

　　電阻和磁化是判斷超導(dǎo)性質(zhì)最為重要的兩個(gè)參考指標(biāo)。成功合成镥氮?dú)洳牧现螅労；F(tuán)隊(duì)進(jìn)一步測(cè)量該材料的電阻和磁化特性，結(jié)果發(fā)現(xiàn)該材料在所聲稱(chēng)的低壓下并不具備零電阻和完全抗磁性這兩個(gè)超導(dǎo)特性，由此完成對(duì)美國(guó)羅切斯特大學(xué)團(tuán)隊(duì)研究的證偽。

　　是否因?yàn)椴牧仙洗嬖诓顒e，超導(dǎo)現(xiàn)象才無(wú)法復(fù)現(xiàn)？聞海虎對(duì)此解釋道，團(tuán)隊(duì)利用X光對(duì)材料進(jìn)行衍射，通過(guò)X光衍射譜發(fā)現(xiàn)該材料與美國(guó)羅切斯特大學(xué)團(tuán)隊(duì)所用材料結(jié)構(gòu)幾乎一致。

　　聞海虎補(bǔ)充，復(fù)刻材料與Dias團(tuán)隊(duì)的樣品可能會(huì)存在某些細(xì)小的差別，具體體現(xiàn)在氮元素的含量與分布上。但復(fù)刻材料與樣品在結(jié)構(gòu)上幾乎一致，就意味著同類(lèi)結(jié)構(gòu)的化合物很難在相同的溫度和壓力條件下出現(xiàn)超導(dǎo)現(xiàn)象。聞海虎還指出，團(tuán)隊(duì)在加壓和不加壓情況下都進(jìn)行了試驗(yàn)，結(jié)果表明該材料并不具備超導(dǎo)性質(zhì)。

　　溫度太高，室溫超導(dǎo)中的電子對(duì)易被“拆散”

　　關(guān)于室溫超導(dǎo)現(xiàn)象成功證偽，聞海虎表示，Dias團(tuán)隊(duì)的研究方案存在一些可疑點(diǎn)，其中關(guān)鍵的一點(diǎn)在于制備樣品的反應(yīng)溫度過(guò)低。在常溫條件下，金屬镥難以與氮元素、氫元素發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。除此之外，Dias團(tuán)隊(duì)的數(shù)據(jù)分析也存在漏洞，最終導(dǎo)致了超導(dǎo)的“假象”。

　　為什么室溫超導(dǎo)復(fù)現(xiàn)如此困難，以至于假象頻出？實(shí)際上，實(shí)現(xiàn)超導(dǎo)首先需要材料內(nèi)部的電子兩兩配對(duì)，以此形成相位相同或步調(diào)一致的狀態(tài)。但如果材料溫度過(guò)高，已經(jīng)配對(duì)的電子便容易被拆散，恢復(fù)獨(dú)立運(yùn)動(dòng)。“這就意味著室溫超導(dǎo)必須保證材料內(nèi)部電子在高溫狀態(tài)下仍舊能夠穩(wěn)定配對(duì)。”

　　聞海虎認(rèn)為，根據(jù)目前超導(dǎo)領(lǐng)域的研究發(fā)現(xiàn)，許多富含氫元素的材料在高壓狀態(tài)下具備高溫超導(dǎo)性質(zhì)。這是因?yàn)椋瑲湓釉诓牧蟽?nèi)部形成結(jié)構(gòu)時(shí)容易產(chǎn)生高頻振動(dòng)，而這恰好能夠幫助電子實(shí)現(xiàn)配對(duì)。所以在高壓狀態(tài)下，氫原子這一特質(zhì)有助于材料產(chǎn)生超導(dǎo)現(xiàn)象，這同時(shí)也是攻克室溫常壓超導(dǎo)難題的重要方向。

　　前景廣闊，超導(dǎo)有望上太空

　　從發(fā)現(xiàn)超導(dǎo)現(xiàn)象到今天，超導(dǎo)技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于電力、通信、醫(yī)療等領(lǐng)域。如果室溫超導(dǎo)這一難題被攻克，將會(huì)顯著提升微波通信的性能，進(jìn)而優(yōu)化移動(dòng)通信、國(guó)防通訊等微波通信領(lǐng)域。除此之外，室溫超導(dǎo)技術(shù)還能夠推動(dòng)超導(dǎo)磁懸浮列車(chē)的研發(fā)以及解決大容量電子芯片線路過(guò)熱等技術(shù)難題。

　　盡管目前實(shí)現(xiàn)大規(guī)模高溫超導(dǎo)應(yīng)用仍舊十分困難，但如果將超導(dǎo)技術(shù)的應(yīng)用場(chǎng)景放到太空，就可以在一定程度上避免溫度給超導(dǎo)技術(shù)應(yīng)用帶來(lái)的限制，未來(lái)或許可以依托航天技術(shù)，在太空環(huán)境下利用某些高溫超導(dǎo)材料完成科研試驗(yàn)和微波通信技術(shù)等應(yīng)用活動(dòng)。

　　監(jiān)制：郭靜

　　記者：鶴佳

　　編輯：潘雨薇 彭毓姬