液氮溫區(qū)的超導(dǎo)磁懸浮演示實(shí)驗(yàn)

【資料圖】

騰訊科技 喬輝

2023年3月8日，《自然》雜志刊登了美國(guó)羅徹斯特大學(xué)Ranga Dias團(tuán)隊(duì)的最新研究成果：在“镥氮?dú)洹苯M成的化合物中找到了近環(huán)境條件（21攝氏度，10000個(gè)大氣壓）下存在超導(dǎo)的證據(jù)。盡管論文作者在物理圈信譽(yù)不好，但物理學(xué)畢竟是一門實(shí)驗(yàn)學(xué)科，還是要靠實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)。那么這個(gè)轟動(dòng)一時(shí)的基礎(chǔ)物理大發(fā)現(xiàn)通過其他團(tuán)隊(duì)檢驗(yàn)了嗎？

這是顯微鏡下1毫米大小的镥氫化合物。美國(guó)Ranga Dias團(tuán)隊(duì)聲稱在摻雜一定量的氮之后，發(fā)現(xiàn)了近環(huán)境壓力下的室溫超導(dǎo)現(xiàn)象。不過，這種材料的室溫超導(dǎo)性質(zhì)并沒有通過南京大學(xué)聞?；⒔淌趫F(tuán)隊(duì)的檢驗(yàn)。

3月15日，南京大學(xué)聞?；⒔淌趫F(tuán)隊(duì)公布了對(duì)這個(gè)實(shí)驗(yàn)的復(fù)驗(yàn)結(jié)果：同種材料（氮摻雜的镥化氫），相同溫度和壓強(qiáng)區(qū)間內(nèi)，沒有發(fā)現(xiàn)超導(dǎo)跡象，甚至在比Ranga Dias團(tuán)隊(duì)聲稱的更高壓強(qiáng)和更低溫度下仍然沒有發(fā)現(xiàn)超導(dǎo)現(xiàn)象。論文《Absence of near-ambient superconductivity in LuH2xN》以預(yù)印本的形式發(fā)表在了arxiv網(wǎng)站，這也是全球范圍內(nèi)首個(gè)對(duì)“室溫超導(dǎo)”大發(fā)現(xiàn)的完整檢驗(yàn)。

聞教授團(tuán)隊(duì)最新論文摘要

我們可以看到，重復(fù)這個(gè)實(shí)驗(yàn)的關(guān)鍵部分在于制備出同種實(shí)驗(yàn)材料：氮摻雜镥化氫。其實(shí)，早在3月9日，據(jù)悉中科院物理所靳長(zhǎng)青教授團(tuán)隊(duì)就利用镥氫化物做了檢驗(yàn)實(shí)驗(yàn)，并沒有在Ranga Dias團(tuán)隊(duì)聲稱的溫度和壓強(qiáng)區(qū)間發(fā)現(xiàn)超導(dǎo)跡象，而是在壓強(qiáng)218GPa，溫度降到71K才出現(xiàn)超導(dǎo)現(xiàn)象。但畢竟镥化氫和氮摻雜镥化氫不是同一種材料，不太能說明問題。這次聞教授的完整復(fù)驗(yàn)結(jié)果在物理圈引起了轟動(dòng)。

實(shí)驗(yàn)室中的聞?；⒔淌?/i>

3月21日，我們專訪了聞教授關(guān)于這個(gè)話題的幾個(gè)最核心問題，來聽聽他對(duì)復(fù)驗(yàn)結(jié)果的解釋以及對(duì)室溫超導(dǎo)的前瞻性看法。

騰訊科技：你們對(duì)Ranga Dias團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)的所謂“室溫超導(dǎo)”材料如何進(jìn)行的檢驗(yàn)？

聞?；ⅲ何覀兒铣闪司哂邢嗤Y(jié)構(gòu)和類似成分的材料。在壓力下，通過仔細(xì)地對(duì)材料的電阻和磁化進(jìn)行了測(cè)量，但在Dias文章聲稱的壓強(qiáng)和溫度下沒有發(fā)現(xiàn)超導(dǎo)。

騰訊科技：實(shí)驗(yàn)的關(guān)鍵材料“氮摻雜的镥化氫”制備難度大嗎？

聞?；ⅲ何覀冇玫氖且环N新方法，不同于Ranga Dias文章中聲稱的方法。利用我們的方法，只要有高溫高壓爐，同時(shí)有使用經(jīng)驗(yàn)，加上自己有合成的思路，應(yīng)該是不難的。

騰訊科技：Ranga Dias團(tuán)隊(duì)聲稱氮摻雜的镥化氫的超導(dǎo)特性甚至能夠利用經(jīng)典的BCS理論解釋，這合理嗎？

聞海虎：先實(shí)驗(yàn)證明超導(dǎo)性是真是假，然后再去討論是否可以用BCS理論解釋。目前的知識(shí)告訴我們，此類材料的超導(dǎo)機(jī)理應(yīng)該是BCS理論范疇的。

騰訊科技：據(jù)說中科院物理所的程金光研究員團(tuán)隊(duì)利用“氫化镥”（非氮摻雜）復(fù)現(xiàn)了Ranga Dias團(tuán)隊(duì)所聲稱的樣本材料顏色變化過程（2.2GPa時(shí)變成粉紅色，在約4GPa時(shí)又變成亮紅色）。在超導(dǎo)物理研究中，顏色的變化有什么物理意義嗎？

聞?；ⅲ菏堑?，程金光研究員團(tuán)隊(duì)在LuH2中加壓到2.2GPa左右時(shí)看見顏色從深藍(lán)到粉紅色的變化，與Dias看見的類似，但是也沒有看見超導(dǎo)現(xiàn)象。我們也證實(shí)了LuH2中加壓的顏色變化（我們論文的更新版本有附加數(shù)據(jù)）。

其實(shí)，以前討論超導(dǎo)體性質(zhì)的時(shí)候很少關(guān)注顏色的變化。造成這種現(xiàn)象的原因應(yīng)該是氫在壓力下發(fā)生位置移動(dòng)，從而導(dǎo)致材料的光學(xué)性能發(fā)生變化。

騰訊科技：除了您的團(tuán)隊(duì)外，國(guó)際上有沒有其他團(tuán)隊(duì)對(duì)Ranga Dias的發(fā)現(xiàn)也進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)？

聞海虎：目前還沒有看見。應(yīng)該說物理所的靳常青和程金光研究員最新貼到arXiv的文章也從不同的角度說明在近常壓和室溫條件下這類材料是沒有超導(dǎo)的，只是他們的樣品中暫時(shí)還沒有把氮摻雜進(jìn)去。

騰訊科技：未來真正發(fā)現(xiàn)室溫超導(dǎo)后，會(huì)對(duì)人類社會(huì)產(chǎn)生什么重要的影響？能否與半導(dǎo)體對(duì)人類社會(huì)的影響相媲美？

聞海虎：有很大改變，從電力，能源，交通，醫(yī)療，大科學(xué)工程和國(guó)防等等。超導(dǎo)體的應(yīng)用還不好說與半導(dǎo)體媲美，但超導(dǎo)應(yīng)用有自己的特色，在有些應(yīng)用場(chǎng)景中具顛覆性和不可替代的作用。

騰訊科技：您預(yù)測(cè)一下，人類離真正發(fā)現(xiàn)室溫超導(dǎo)應(yīng)該有多遠(yuǎn)？（多少年）

聞?；ⅲ翰缓谜f，有此宏大目標(biāo)是應(yīng)該的。也許10年，20年？其實(shí)很多組在做超導(dǎo)基礎(chǔ)研究的時(shí)候都希望探尋到更高溫度的超導(dǎo)體，甚至室溫。

騰訊科技：從某種意義上講，與其說是“發(fā)現(xiàn)室溫超導(dǎo)體”，不如說是“發(fā)明室溫超導(dǎo)體”，您是否贊同這個(gè)觀點(diǎn)？

聞?；ⅲ嚎赡馨l(fā)明更合適，只是大家叫慣了“發(fā)現(xiàn)”這個(gè)詞。發(fā)現(xiàn)的字面意思是已有的東西被你發(fā)現(xiàn)，但是發(fā)明意義就不同了，發(fā)明可以是沒有的東西，被人做出來了。很多新超導(dǎo)體是地球上沒有的，被人類合成的，因此叫發(fā)明比較好。

科幻電影《阿凡達(dá)》劇照。潘多拉星球上漂浮的山體中含有室溫超導(dǎo)材料，貪婪的人類正是為了索取這種材料，才不遠(yuǎn)萬里入侵了這顆美麗的星球。

綜上所述，美國(guó)Ranga Dias團(tuán)隊(duì)所謂的“室溫超導(dǎo)”大發(fā)現(xiàn)并沒有通過聞教授團(tuán)隊(duì)的實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)。除了聞教授外，中科院物理所的靳常青和程金光教授最新貼到arXiv的文章也從不同的角度說明在近常壓和室溫條件下這類材料是沒有超導(dǎo)的。室溫超導(dǎo)體是物理學(xué)家一直追求的圣杯，一旦被發(fā)現(xiàn)（發(fā)明）出來將極大改變?nèi)祟惿鐣?huì)，但這個(gè)美好的夢(mèng)想可能還需要等10到20年的時(shí)間。