室温超导距离我们还有多远？

科技日报记者 孙瑜

前不久，中国科学院院士赵忠贤、陈仙辉因对高温超导材料的突破性发现和对转变温度的系统性提升所做出的开创性贡献，荣获2023年未来科学大奖-物质科学奖。

(资料图片仅供参考)

8月23日，腾讯新闻《一起来唠科》邀请中国科学院大学卡弗里理论科学研究所所长张富春、中国科学院物理研究所研究员向涛、南京大学物理学院教授闻海虎、清华大学物理系教授王亚愚、中国科学院科学传播研究中心副主任袁岚峰解读2023年未来科学大奖-物质科学奖，共话超导前沿议题。

室温超导是超导研究者的梦

室温超导在今年引发了两次震动。

3月7日，来自罗切斯特大学的兰加·迪亚斯副教授团队宣称在一种掺氮的镥氢化物中发现近常压下的室温超导。7月底，韩国一项研究声称发现全球首个室温超导材料LK-99，引发广泛讨论。

实际上，这两项“发现室温超导”的研究都不成熟。

“我个人没有把这两项研究太当真，因为他们的研究没有给出严肃的证据，且研究数据处理得很不认真。”张富春表示。

韩国团队论文演示视频的截图。图源：中新网

“韩国的研究都没有正式在物理期刊上发表，也没有一个证据能证明LK-99是超导体。它提供的视频中，LK-99样品一端是接在磁铁上的，根本不能证明样品有抗磁性。”向涛说。在他看来，韩国团队的研究谈不上被判“死刑”，它是一个“假象”，从开始就“没活过”。

超导体是在特定温度以下“电阻为零”且具有“完全抗磁性”的材料。特定温度，也称为超导临界温度。临界温度比40K（40开尔文，即零下233.15℃）高的材料，被认为是高温超导体。

目前超导临界温度的最高纪录，是由美国科学家马杜里·索马亚祖鲁在2019年宣布的。在190万个大气压下，十氢化镧（LaH10）可在逼近室温的260K（零下13℃左右）出现超导性。

“室温超导是超导研究者的梦。”张富春说。高温超导材料在能源、量子计算、磁悬浮交通、核聚变等领域应用广泛，但维持低温环境的成本很高。如果能实现室温超导，无疑将大大降低工业应用成本。

历史上的“室温超导体”。图源：中科院物理所

据不完全统计，历史上声称室温超导（接近或高于300K）的次数不少于7次，都未得到证实或被学界质疑。

未来，我们会找到常压下的室温超导材料吗？闻海虎认为：“没有任何理论否定可能会找到常压下的室温超导体，也就是说常压下的室温超导不存在理论上的障碍。”

“非同寻常的宣称需要非同寻常的证据。”袁岚峰表示，至少面对下一次“宣称”，希望研究者提供严谨科学的论证。

发现超导和应用超导之间有距离

1911年，荷兰物理学家海克·卡末林·昂内斯发现在零下269℃的环境中，汞的电阻降为零，开启了物理学家们对于超导的研究之路。112年来，超导不断带给研究者惊喜与挑战，也成为物理学研究中重要的研究方向。

为何如此多科学家痴迷超导研究，超导材料又有哪些重要应用？

袁岚峰指出，一切用到电和磁的地方都可以用到超导体。在输电过程中，超导体因其“零电阻”特性可节约电能损耗。但在发现超导材料和应用超导材料之间，仍有不小的距离。

“核聚变领域目前应用的还是特别古老、临界温度还不到40K的超导材料。”袁岚峰介绍，受成本和具体使用环境的制约，“20世纪80年代发现的铜氧化物高温超导材料，直到最近几年才在核聚变领域得到小规模使用。”

袁岚峰说：“这表明，将超导材料实用化花了30多年。较铜氧化物更晚发现的铁基超导体，预期大规模应用也得几十年后了。”

不少人相信，发现室温超导体将带来新一轮工业革命。

“室温超导能不能引起一场工业革命得考虑稳定性和成本。”向涛认为，如果室温超导体稳定性好，成本不高，应能带来一场工业革命。

袁岚峰则认为，不宜将预期抬得过高。“即使一切按照最好的剧本发展，室温超导体成本低、稳定性好，恐怕大规模应用也得数十年。”

目前，超导研究者们正努力探索两个关键问题：一个是凝聚态物理学界“皇冠上的明珠”高温超导机理难题；另一个则是找到更多高温超导甚至室温超导体。

“过去40年的经验表明，发现新超导体的周期在变短，或者说频率在加快。”向涛估计，未来发现新高温超导材料的可能性在变大。

“有意思的是，很多新超导体是由不做超导的研究人员发现的。”王亚愚表示，希望科学界其他领域的科学家们关注超导问题，带来新鲜想法和思路，“期待他们能够做出超导领域专家做不出来的重大突破。”

超导研究需要热爱与坚持

圆桌讨论会上，院士专家们向2023年未来科学大奖“物质科学奖”获奖者赵忠贤、陈仙辉院士表示了热烈祝贺。

铜氧化物超导体和铁基超导体，是高温超导材料里重要的两类。在铜氧化物方面，赵忠贤领导的团队独立发现了第一个液氮温区的超导材料。在铁基超导体方面，陈仙辉研究组首先将超导转变温度提高到麦克米兰极限之上，证明铁基超导体确实是非常规的高温超导体，而赵忠贤研究组创造了在块状材料中超导转变温度的纪录。

赵忠贤和陈仙辉对于高温超导的物理机制做了大量系统性的研究，在过去数十年内推动了高温超导领域的发展。

“热爱”与“坚持”是与会专家对赵忠贤和陈仙辉最深刻的印象。

张富春提到，赵忠贤院士是中国高温超导领域的代表，也是研究高温超导的带头人。“他的性格中有一种自信，对于自己相信的事情是坚持不懈的，我认为这对科学家，特别是实验物理学家而言是非常重要的。”

“赵忠贤院士大学毕业后就在做超导研究，即使在20世纪60-70年代几乎没有什么实验条件的情况下，他都没放弃过。”向涛回忆，“陈仙辉院士也是这样。21世纪初，国家在科技方面的投入不断增加，很多做材料探索的人转行做一些短期更容易见成效的研究去了，但陈院士没有，还是专注于他的超导研究。”

向涛感慨：“他们能取得成果并不是靠运气，而是靠坚持和对理想的不懈追求。”

“热爱和坚持是做好科学研究的根本。赵忠贤院士几十年如一日，坚持在新型高温超导材料方面工作，就体现了这一点。”闻海虎说。他至今还记得，赵忠贤院士有一次走进自己的办公室说，在超导研究很困难的时候，坚持是最重要的，要在坚持中积累经验，完善条件，等待机会，实现突破。

王亚愚提到，赵忠贤和陈仙辉院士激励并推动了青年一代超导领域研究者的发展。

“我上中学的时候，时事政治就考到中国科学家在高温超导领域取得重要突破，说的是赵忠贤院士的工作。”王亚愚回忆，自己受到激励和影响，最后走上了高温超导研究的道路。

王亚愚坦言，很多年轻学者包括自己，在事业初期都得益于陈仙辉院士的交流指导。“他总有很多新的想法思路，每次和他聊总有新的刺激，这让我很受启发。现在，陈老师组里的年轻人都发展得很好，我想也是因为他给年轻人提供了很多无私的帮助。”

与会科学家们一致表示，希望通过对2023年未来科学大奖“物质科学奖”获奖成果的解读，让更多人关注我国超导领域科研工作，期待更多年轻人热爱科学，投身科学，为我国科学事业作出新的贡献。

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