十位物理学家点评“室温超导”：会是基础物理大突破吗？

本文来自微信公众号：腾讯太空（ID：qqtaikong），腾讯科技出品，作者：乔辉，原文标题：《基础物理大突破？发现室温超导了？我们邀请了十位领域内物理学家给出了全方位点评！》，题图来自：视觉中国

2023年3月8日，著名科学期刊《自然》杂志刊登了美国罗彻斯特大学Ranga Dias团队的最新研究论文：《Evidence of near-ambient superconductivity in a N-doped lutetium hydride》，意思是他们在“镥氮氢”组成的化合物中找到了近环境条件下存在超导的证据。

他们给出的近环境条件约是294开（21摄氏度）和10千巴（一万个大气压）。一万个大气压，对于高压物理来讲，已经是相对较低的压力了，比较容易实现。一旦该结论最终被其他实验小组证实，将是基础物理学重大突破。

这件事情为什么会引起轰动？因为寻找常温下的超导体是物理学界多年来追求的圣杯。1911年，荷兰物理学家昂内斯在低温下测量汞的电阻时突然发现，在温度降低到4.2开（约零下269摄氏度）时，汞的电阻突然神奇消失，人类第一个超导体从此发现。

图注：从左向右，依次是艾伦费斯特、洛伦兹、波尔和昂内斯。

1933年，德国物理学家迈斯纳又发现了超导体的另一个神奇的性质——完全抗磁性。超导和完全抗磁性是超导材料的两个最基本的特征。但由于像汞这种低温超导材料实现起来条件比较苛刻，限制了其实际应用范围。

图注：超导体的迈斯纳效应示意图（第一类超导体）。

1987年，物理学家首次发现突破液氮沸点（77开）的超导材料“钇钡铜氧“。液氮是非常容易制取的，价格也很便宜，这一下子扩大了超导的应用范围。但如果想进一步扩大超导的应用范围，最好是能找到近环境条件下（室温、常压）的超导材料。一旦找到这样的材料，会引发一次电气和电子领域的变革。

因此，对于本次的发现，物理学界同时存在兴奋和质疑两种心情。值得一提的是，文章作者Ranga Dias此前类似的论文曾被《自然》杂志撤稿，圈内口碑也不大好，大家还是希望能有其他小组进行重复实验，尽快证实或证伪这个结论。

对于这个重磅新闻，大众可能看不懂，亟需专家给解疑释惑。我们邀请到超导或相关领域的物理学家，来听听他们对这个发现如何点评。

罗会仟：中科院物理所研究员

从昨天的报告到今天的论文来看，这个工作给出了判断超导体的四条证据：绝对零电阻、抗磁性、比热跃变和基本材料结构，至少从数据本身来看是非常完整的。尽管数据质量仍达不到常压超导测量的标准，但是从高压实验来说，能获得如此全面的数据已经非常不错了。

我们也可以看到，作者对一些实验数据进行了处理，比如磁化率数据的背景扣除等，这是高压测量不可避免的问题，也是Hirsch等人攻击之前CSH工作的焦点，这次是否一定能完全支持他们的结论还有的商榷。我相信国际上已经很多研究组在重复这个实验了，还是交给国际同行的实验来检验吧！

顾晨：清华大学物理系高级工程师

第一，这个结果本身还需要经历其他科学团队独立验证。第二，就算证明材料达到室温超导状态，也无法证明一定可以实用。人类已经发现近百种超导材料，最终可以产生应用价值的不过几种，是否可以投入应用是综合效应的结果。例如强电应用，不但需要考虑零电阻特性，还需要考虑超导体在外磁场下的承载电流能力、材料机械强度、性价比等一系列问题。

第三，新材料从发现到应用大多需要经历比较漫长的过程，低温超导材料与高温超导材料从发现到应用都经历了几十年的发展历程，集合了几代科学家与工程师的心血。所以对于普通大众，只需保持对科学敬畏之心，对未知世界探索之心，无需过度解读。

刘俊明：南京大学物理学教授

目前，高压下超导温度提高的物理图像是很清楚的，因为BCS理论就在那里。只要其他课题组能够重复，就是巨大成果。这篇文章去年4月份就送审《自然》了，能够发表出来，说明作者、编辑和审稿人都有一定的信心。毕竟，Dias博士已经吃过一次亏，这一次不应该还是故态重来。

但曾经质疑过Ranga Dias团队成果的Hirsch教授，也是国际知名的氢化物超导电性专家。他的质疑应该是定量意义上的，似乎也有可信度。且看这一次Dias和Hirsch谁对谁错。无论如何，这一事件应该会给物理学史添上不错的一笔，一定意义上呈现了自然科学的魅力所在。

曹则贤：中科院物理所研究员

如果有材料的超导转变温度超过室温，必然带来超导研究和超导应用的巨大飞跃，这一点是毋庸置疑的。然而，室温不是超导物理的特征温度，有材料表现出超过室温的超导转变温度并不必然意味着有新的物理。过去110年里超导机理的研究有值得商榷的地方。在我一个外行人看来，超导首先是个热力学问题，超导机理研究如果不能把超导此一电磁学行为表述为一个恰当的热力学问题，想获得机理研究突破是没有指望的。

孙力玲：中科院物理所研究员

正在召开的美国三月会议上，来自罗彻斯特大学的Ranga Dias教授报告了他们团队在氮氢镥（N-H-Lu）中发现了接近常压的室温超导电性。事情本身毫无疑问是凝聚态物理及材料科学领域的一个大新闻。这是该团队自 2020年以来报道在碳氢硫（C-H-S）中发现室温超导体【Nature-2020， 被强行撤稿】后的又一新进展。

人们期待，这件事情能够被更多的实验研究组所验证。就像在1987年的美国三月会议上对铜氧化物超导体研究掀起的热潮，使人们在很短的时间里，对铜氧化的超导电性有了确定的认识，并制备出了许多突破液氮温区的超导体。也使得铜氧化物超导体的发现者缪勒和班诺兹当年就获得了诺贝尔物理奖。

新报道的超导体在很低的压力下（1GPa）就可以获得，这个压力在商业化的实验设备上（通常<3GPa）都可以轻易实现， 在实验技术上并没有壁垒。Dias教授在3月8日发表的nature文章中给出了制备方法和大致的化学组分，因而其他研究组应该在短时间内就会对其实验结果加以证实。

另外，值得注意的是这个报告中给出的样品照片的颜色为蓝色，与我们通常看到的超导体具有的黑色和褐色等完全不同。如果其颜色是样品的本色，说明即使将来其它研究组可以从实验上证实其超导电性，这种超导体也不应该是我们以前所知道的超导体。

龚明：中国科学技术大学量子信息重点实验室教授

2023年3月8日，美国物理年会报道的室温高温超导，第二天Nature就刊发了论文。这篇文章宣称在10000个大气压（10 kBar）下实现了294 K（21摄氏度）的超导温度。这个压强看起来很大，可是和目前可以实现的300~500 GPa的压强相比，要小得多，适用得多。从报道来看，他们采用的是LuHN化合物（组分比例可能是机密，暂时没有透露）。他们从电阻、比热、磁化率等很多方面证明这个材料是超导体。

这个实验的难度比目前绝大部分高压实验要小得多。尽管这种材料制备比较复杂，他们发现样品有1/3可以测量到超导现象。这应该是比较高的成功率了。因为压强不是特别大，信号的读取不难，作者也是超导专家，这个实验出错的可能性要比他们之前的被撤稿的文章（约270 GPa高压超导实验）要小得多。

如果这个实验室是真的，这可能是近几十年物理研究最重要的进展，它可能会改变物理学的研究现状。据我了解，很多研究团队正在加班加点制备样品重复这个实验。如果可以重复，科学家马上可以通过元素掺杂、调节化合物比例、制备更纯的样品等很多方式来进一步提高临界温度、降低压强等。理论团队也在做各种计算和建模，试图探寻背后的原理。这将是另外一场没有硝烟的竞争。

此时，我们的想象力会很重要，因为盯着这个蛋糕的，除了科学家，还有企业和资本。因为所有人的人都非常清楚，如果解决了室温超导问题，马上需要解决的问题可能包括各种超导产品的研发和应用，包括室温超导量子计算机、超导传输线和超导悬浮列车等。而这些应用，需要大量的材料生长、制备和加工技术，甚至背后的稀土工业等。这是一个巨大的产业链。

与之相伴的，可能还有国家的政策的调整。在中美矛盾和竞争的大背景下，可能连作者也没有想到，这个突破可能会是一个敏感的政治话题。

所以，在未来几个月内，估计有大量的实验和理论文章，或质疑这个结果，或支持这个结果。一旦确定它为真，估计马上面临的是一堆新的科学问题和技术问题，它们也一定会成为资本竞逐的目标。一旦被证明是假，无非又是一场“闹剧”而已。从过去很多年的经验来看，中国的科学研究在这场科技竞逐中不会落伍，所以，让我们大家一起拭目以待。

刘寒雨：吉林大学计算方法与软件国际中心教授

自荷兰物理学家昂内斯于1911年发现超导温度为4.2K的超导体汞，室温超导体便成为了人类的百年梦想。近年来，高压强下的氢基高温超导体研究不断取得重要突破，领域先后发现了共价型H3S氢基超导体和以CaH6和LaH10为代表的一类氢笼合物结构的离子型氢基超导体， 相继创造了超导温度的新纪录，其中LaH10的超导温度最高可达-13°C，这些研究燃发了人们在富氢化合物中寻找室温超导体的希望。

2023年3月8日，Ranga Dias团队在《Nature》杂志报道，三元氢化物（N-Lu-H）的超导温度在约1万个大气压强下最高可达21°C，这个研究结果获得了领域的广泛关注。尽管如此，一个好的研究结果应该经过多方独立证实。我们也更期待Ranga Dias团队能提供更多的实验细节，以便其他研究组能够独立重复该实验。

田野：中科院物理所副研究员

目前还不太清楚他们的实验细节，看报道说是在高压下（1Gpa）的氢化合物中实现了室温超导。关于氢化合物高压超导的猜测很早就有了，一度被视为室温超导的最佳候选者，对此我个人持谨慎的乐观态度。

于涛：华中科技大学物理学院教授

我看了文章的补充材料，感觉从文章数据得出文中结论需要很多经验。之外，Nature杂志和作者利用APS March meeting短短十几分钟的报告达到了整个物理学界轰动的效果，这一营销方式令人印象深刻。期待后续一系列连锁反应。

刘锦：燕山大学高压科学中心

这次Ranga Dias团队给出的超导条件是1万个大气压和21摄氏度，从科研的角度，1万个大气压是非常容易实现的，我们课题组一般做“百万大气压的”高压实验，差不多是地下2000多公里的深度，但从社会产业应用的角度，这个超导材料的压力还需要降低，当然，最理想的超导材料，是在常压（1个大气压）室温下就可以进入超导状态 。一旦实现了的话，将方方面面改变人们的生活水平和习惯。

要想实现室温超导的道路，不管从高压调控、还是变换化学成分，总是有可能的，这也是众多科研学者毕生努力的方向。

专家观点汇总

俗话说，“超乎寻常的论断需要超乎寻常的证据”。总体上看，物理学界认为这是一个很好的工作，意义也很重大，但目前在实验细节和数据处理上还有待商榷，即便最终证实，离实际应用其实还要克服很多困难。期待其他物理小组尽快进行重复实验，证实或证伪这个发现，让子弹再飞一会儿。

本文来自微信公众号：腾讯太空（ID：qqtaikong），作者：乔辉