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一次物理行業(yè)的變革，激發(fā)無數(shù)行業(yè)的想象！

室溫超導(dǎo)技術(shù)，剛剛迎來了里程碑式進(jìn)展。美國(guó)羅切斯特大學(xué)物理學(xué)家 Ranga Dias（朗加·迪亞斯）明確表示，他的團(tuán)隊(duì)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了一種可以在室溫條件下實(shí)現(xiàn)超導(dǎo)的全新材料。

這種技術(shù)一旦應(yīng)用，拿下諾獎(jiǎng)幾乎不是問題。

誰能在室溫條件下實(shí)現(xiàn)超導(dǎo)，就能掀起新的一輪技術(shù)革命。比如我們熟悉的無損電力傳輸、懸浮高速列車和平價(jià)醫(yī)療影像設(shè)備以及可控核聚變等，都能取得歷史性突破，而且技術(shù)一旦落地，我們?cè)僖膊挥迷贀?dān)心電池沒電了。

就在今天，Nature還正式發(fā)表了迪亞斯團(tuán)隊(duì)的新論文。技術(shù)足夠震撼，在拉斯維加斯舉行的美國(guó)物理學(xué)會(huì)現(xiàn)場(chǎng)，這場(chǎng)講座被圍的水泄不通，安保人員不得不提前阻止更多人進(jìn)場(chǎng)。

微博、知乎相關(guān)話題被送上了熱搜。

而資本市場(chǎng)更是聞風(fēng)而動(dòng)。昨晚，股民開始深夜學(xué)習(xí)室溫超導(dǎo)技術(shù)，分析師也半夜開會(huì)研究。3月9日開盤，室溫超導(dǎo)概念股果然大漲，其中永鼎股份(行情600105,診股)以及百利電氣(行情600468,診股)等一度漲停。

然鵝，這么一個(gè)全行業(yè)為之震動(dòng)的技術(shù)，主創(chuàng)團(tuán)隊(duì)卻遭遇不少質(zhì)疑，此前還深陷撤稿風(fēng)波。不過 Dias已經(jīng)明確回應(yīng)，已多次重復(fù)實(shí)驗(yàn)，有信心過審，應(yīng)用到現(xiàn)實(shí)世界還需要幾年。

01

第六次技術(shù)革命？

想要明白R(shí)anga Dias和團(tuán)隊(duì)為什么可以震驚學(xué)界，我們得先簡(jiǎn)單了解幾個(gè)概念，超導(dǎo)和超導(dǎo)體。

超導(dǎo)是導(dǎo)體在某一溫度下，電阻為零的狀態(tài)。大約一個(gè)多世紀(jì)前，荷蘭物理學(xué)家海克·卡末林·昂內(nèi)斯首次在約-268°C的汞中發(fā)現(xiàn)了超導(dǎo)。

理論上來說，多數(shù)材料只要冷卻到極低溫度，都可以變成超導(dǎo)，在沒有電阻的情況下傳輸電流。

當(dāng)然一些超導(dǎo)也可以在溫度更高的條件下工作，但需要極高的壓強(qiáng)，而這并不現(xiàn)實(shí)。

超導(dǎo)體則是在一定條件下呈現(xiàn)超導(dǎo)電性的材料，也就是超導(dǎo)材料，是在某一溫度下，電阻為零的導(dǎo)體。

除了零電阻的特性，超導(dǎo)體的另一個(gè)特征是完全抗磁性。因此超導(dǎo)體作為一種革命性的材料，目前已經(jīng)在MRI核磁共振、粒子加速器等領(lǐng)域率先開始應(yīng)用。

現(xiàn)階段想要實(shí)現(xiàn)超導(dǎo)，要么是需要極低的溫度環(huán)境，要么是在常溫中加高壓。而 Ranga Dias和團(tuán)隊(duì)表示他們找到了一種新材料，可以實(shí)現(xiàn)常溫超導(dǎo)。

來源：APS

Ranga Dias在美國(guó)物理學(xué)會(huì)會(huì)議上，做了題為Observation of Room Temperature Superconductivity in Hydride at Near Ambient Pressure（近環(huán)境壓強(qiáng)下觀測(cè)到的金屬氫化物室溫超導(dǎo)現(xiàn)象）的報(bào)告。

正是這篇報(bào)告轟動(dòng)了全球。Ranga Dias和團(tuán)隊(duì)將氫、氮、镥三種元素混合在金剛石壓砧（diamond anvil cell，產(chǎn)生超高壓的裝置）中，施加不同的壓力測(cè)量電阻。

經(jīng)過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，基于氫、氮、镥組成的三元?dú)浠铮∟-Lu-H）材料，會(huì)在294K（室溫21°C左右）的溫度下，材料失去電阻，但仍需要在1GPa的壓強(qiáng)下才能實(shí)現(xiàn)超導(dǎo)電性。

而這已經(jīng)遠(yuǎn)低于在室溫工作的超導(dǎo)，通常所需要的數(shù)百萬個(gè)大氣壓。

因此，Ranga Dias在大會(huì)上宣稱：近環(huán)境壓強(qiáng)下可應(yīng)用于實(shí)際的超導(dǎo)技術(shù)已經(jīng)出現(xiàn)。

雖然這項(xiàng)研究引起了學(xué)界熱議，但還沒有得到實(shí)際證實(shí)，這項(xiàng)研究成果一旦得到證實(shí)，或?qū)?STRONG>顛覆物理學(xué)，并廣泛應(yīng)用于人類科技的各個(gè)領(lǐng)域，比如能源運(yùn)輸、醫(yī)療、通信、以及交和電子設(shè)備等。

在醫(yī)療方面，常溫超導(dǎo)技術(shù)可以用于核磁共振成像（MRI）等醫(yī)療設(shè)備中，使醫(yī)學(xué)成像更加精準(zhǔn)和高效。

在我們更為熟悉的交通運(yùn)輸領(lǐng)域，室溫超導(dǎo)技術(shù)可以應(yīng)用于磁懸浮列車，以及電動(dòng)汽車，減少動(dòng)能使用和成本，使得交通系統(tǒng)更加高效、安全和環(huán)保。

此外還可用于新材料制造，室溫超導(dǎo)材料具有極高的電導(dǎo)率和電流密度，可以用于制造更高效能的電池、電動(dòng)車輛等新能源設(shè)備。屆時(shí)，更高效的電池，或?qū)氐赘鎰e電動(dòng)車?yán)m(xù)航焦慮的時(shí)代。

02

雖然常溫，但需要的壓強(qiáng)也高

為什么能實(shí)現(xiàn)常溫下超導(dǎo)？

首先與以往的做實(shí)驗(yàn)的超導(dǎo)材料不同，Dias這次采用了一種新的元素組合，由氫、氮和镥制成的材料，新引入了一種之前的超導(dǎo)材料中都沒見過的元素—镥（LU Lutetium），Dias表示他們使用了一種名字叫镥箔的稀有金屬。

他們將其取名為三元镥氮?dú)潴w系（ternary lutetium-nitrogen hydrogen system）。

值得一提的是，Dias團(tuán)隊(duì)此前就一直致力于通過向硫化氫材料之中添加其他元素，以進(jìn)一步提高超導(dǎo)臨界溫度，比如說釔元素，結(jié)果都無功而返，這次就瞄上了極其稀有的LU元素。

這項(xiàng)研究中所涉及的超導(dǎo)形式要求電子相互耦合，需要形成大量的庫(kù)珀對(duì)，因?yàn)轱逶丶雀缓瑢?dǎo)性，而且作為原子序數(shù)為175的元素也應(yīng)該能提供更多的電子。

再加上氫元素作為質(zhì)量最輕的元素，更容易被捆綁一起，這也是為什么加入氫的原因。

這些電子可能參與形成庫(kù)珀對(duì)，使超導(dǎo)狀態(tài)更容易實(shí)現(xiàn)，再加入微量的氮使結(jié)構(gòu)更穩(wěn)定，從而有可能降低所需的壓力。

接下來就是施加相應(yīng)的壓強(qiáng)，促使氫進(jìn)入材料的晶體結(jié)構(gòu)，形成具有非常高的臨界溫度的富氫超導(dǎo)體。

來源：Nature

在試驗(yàn)過程中，Dias團(tuán)隊(duì)將镥箔這種金屬片，擠壓在兩個(gè)鉆石之間，然后把含有99%的氫氣和1%的氮?dú)馔ㄟ^氣泵打入他們這個(gè)稱為“金剛石壓砧（diamond anvil cell）”的裝置中，最后測(cè)量化合物的變化。

Dias團(tuán)隊(duì)分別試驗(yàn)了從3000 到 30000 倍的大氣壓，隨著施加不同倍率的大氣壓，镥氮?dú)浠衔镆舶l(fā)生了一些變化。

一開始镥箔變藍(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(gè)大氣壓，混合物轉(zhuǎn)變?yōu)榉奂t色，結(jié)果證明這些混合物已經(jīng)變成了融為一體的金屬。

來源：Nature

繼續(xù)將壓力增加到超過30000倍大氣壓，變成了更深的紅色，測(cè)試后發(fā)現(xiàn)在這個(gè)壓強(qiáng)下它失去了金屬特性。

這也意味著在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(gè)壓力范圍內(nèi)進(jìn)行反復(fù)測(cè)試，從而幫助找到支持最高臨界溫度的壓力。

最終通過測(cè)試發(fā)現(xiàn)當(dāng)氣壓峰值大約是大氣壓的10000倍時(shí)。此時(shí)的溫度僅為294 K，大約為 21°C，和室溫差不多，這種材料就失去了對(duì)電流的阻力。

來源：Nature

這也意味著，眾人期待的室溫超導(dǎo)體已成。

可是雖然是處于室溫條件下完成的此次試驗(yàn)，但是不要忘記促成這次試驗(yàn)的另一大要素—10000倍大氣壓強(qiáng)。

上海市高溫超導(dǎo)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室主任、上海大學(xué)教授蔡傳兵認(rèn)為，這次Dias展示出的研究成果有一定可靠性，但室溫超導(dǎo)所需的1GPa壓力仍屬于高壓范疇，距離實(shí)際應(yīng)用仍非常遙遠(yuǎn)。

這也是眾多科學(xué)家對(duì)迪亞斯“近常壓常溫超導(dǎo)”的概念提出爭(zhēng)議的原因之一，他們認(rèn)為Dias突出了“室溫”的概念，而刻意忽視了10000倍大氣壓的條件，有些夸大的成分。

大家可能對(duì)10000倍大氣壓的概念有些模糊，這相當(dāng)于在100km深度海底才能達(dá)到的強(qiáng)度，而我們?nèi)藢?duì)海洋的認(rèn)知只有短短的10km，相當(dāng)于20000頭非洲象踩在一個(gè)人身上、指甲蓋大小的地方承受十幾噸重量。

另外，人類在目前能達(dá)到的規(guī)模化的超高壓技術(shù)只有700—800倍的大氣壓強(qiáng)而已，所以究竟是實(shí)現(xiàn)運(yùn)行溫度在零下十幾度到零下一百度的低溫超導(dǎo)容易，還是實(shí)現(xiàn)一萬倍大氣壓容易，結(jié)果顯而易見。

03

團(tuán)隊(duì)曾遭質(zhì)疑

除了室溫超導(dǎo)技術(shù)突破引起的熱議外，此次事件還有一大爭(zhēng)議點(diǎn)在于研發(fā)團(tuán)隊(duì)。

Ranga Dias是一位印度裔科學(xué)家，研究涉及高溫超導(dǎo)、新型材料合成、高壓NV光學(xué)磁力測(cè)量、高能量密度物理學(xué)等多領(lǐng)域。

來源：羅切斯特大學(xué)

2006年，他在斯里蘭卡科倫坡大學(xué)獲得學(xué)士學(xué)位，后前往美國(guó)繼續(xù)進(jìn)修，并于2013年在華盛頓州立大學(xué)獲得物理學(xué)博士學(xué)位。

大佬的學(xué)術(shù)之路并沒有在獲得博士學(xué)位后暫停，而是前往哈佛大學(xué)物理系做博士后。就是在此期間Ranga Dias稱在實(shí)驗(yàn)室合成了金屬氫，并且發(fā)了Science雜志，但后來金屬氫莫名消失了……

在獲得哈佛大學(xué)物理系博士后的獎(jiǎng)學(xué)金后，Ranga Dias加入了羅切斯特大學(xué)研究極端條件下氫氣中的量子現(xiàn)象。

2020年10月15日，Ranga Dias和團(tuán)隊(duì)稱，他們實(shí)現(xiàn)了在15℃下的碳?xì)淞蚧锍瑢?dǎo)，壓強(qiáng)則需要267GPa（1GPa=10kbar），這是人類首次實(shí)現(xiàn)室溫超導(dǎo)。

來源：Nature

相關(guān)論文發(fā)表了在了當(dāng)月的《自然》雜志上，并登上了封面，一度引起軒然大波，但實(shí)驗(yàn)結(jié)果倍受質(zhì)疑。

最終Ranga Dias和團(tuán)隊(duì)的論文在去年9月26日被《自然》雜志撤稿，理由是研究人員在研究關(guān)鍵數(shù)據(jù)處理、分析的有效性上存在違規(guī)行為。

因?yàn)橛羞@些前科，不少網(wǎng)友已經(jīng)把Ranga Dias當(dāng)作騙子，并稱他和團(tuán)隊(duì)是作假的慣犯，畢竟Ranga Dias兩次室溫超導(dǎo)發(fā)現(xiàn)的數(shù)據(jù)都太漂亮了，有網(wǎng)友認(rèn)為數(shù)據(jù)漂亮得像編的。

也有網(wǎng)友好奇1GPa的壓力雖然已經(jīng)小了很多，但還是高壓，他們?cè)趺醋龅膶?shí)驗(yàn)？是如何加壓的，還是只是理論研究？

因此Ranga Dias和團(tuán)隊(duì)最新的研究成果會(huì)面臨極為嚴(yán)苛的審查。

據(jù)《每日經(jīng)濟(jì)新聞》報(bào)道，Ranga Dias對(duì)這次室溫超導(dǎo)新材料已做出回應(yīng)，并稱已經(jīng)在羅徹斯特大學(xué)實(shí)驗(yàn)室和其他實(shí)驗(yàn)室重復(fù)實(shí)驗(yàn)多次，且有第三方觀察和獨(dú)立的工作驗(yàn)證。

他們還會(huì)重新提交2020年的論文以供再次審驗(yàn)，Ranga Dias和共同作者表對(duì)《自然》之前的撤稿表示強(qiáng)烈反對(duì)。

這兩年來，Ranga Dias堅(jiān)持認(rèn)為原始數(shù)據(jù)能夠支持論文的主要結(jié)論，并表示和團(tuán)隊(duì)重復(fù)了之前的實(shí)驗(yàn)，觀察到了同樣的結(jié)果。

加州大學(xué)圣地亞哥分校理論物理學(xué)家Jorge Hirsch曾表示，僅僅是撤稿還不夠，他認(rèn)為撤稿反而掩飾了該研究中學(xué)術(shù)不端的現(xiàn)象，并認(rèn)為這里面有大問題。

這次Jorge Hirsch直接在會(huì)場(chǎng)上開麥“我對(duì)新結(jié)果比較懷疑，因?yàn)槲也幌嘈胚@些作者?！?/P>

值得一提的是，Jorge Hirsch 在 APS March Meeting 的報(bào)告和 Ranga Dias 被安排在同一個(gè)會(huì)場(chǎng)，前后腳上臺(tái)，會(huì)方可謂憑空增添了對(duì)峙的氣氛。

來源：Nature

目前，Ranga Dias和團(tuán)隊(duì)最新的研究成果已經(jīng)再度登上了《自然》雜志，不過這次《自然》雜志并沒有給封面的位置。

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