新华社伦敦3月12日电新闻分析:室温超导研究是必拿诺贝尔奖的“历史性突破”吗?

新华社记者郭爽

近日,美国罗切斯特大学兰加·迪亚斯研究团队宣布研发出一种在室温和相对较低压力条件下表现出超导性的材料。有学者称,这可能是超导历史上的最大突破,但也有不少学者对此持观望态度。尽管室温超导是材料学界长期追求的“圣杯”,但由于该研究团队的“前科”,这一成果能否得到认可,还有待验证。

材料学界的“圣杯”

超导体是指在特定温度下可实现电阻为零的导体,是一种比常规导体更为优越的无损耗导电材料。电流流经超导体,既不会发热,也不会出现压降,因此电流可以无衰减地在超导体中流动。

刊发研究报告的英国《自然》杂志8日评论说,尽管超导性听起来很有前途,但这种状态目前只能在低温或非常高的压力下实现,而这两种情况都不适合许多应用场景,也大大限制了它们的大规模应用。

长期以来,寻找一种可以在环境条件下超导的材料一直是材料学研究的焦点。但自从1911年发现超导性以来,科学界一直未能破解室温超导性的密码。因此,迪亚斯团队宣布发现的近常压的室温超导体才如此引发关注。

迪亚斯研究团队发现的室温超导材料是由氮、氢和镥组成,可在约20.6摄氏度的温度和10千巴(相当于标准大气压的1万倍)的压力下表现出超导性。

不过,研究论文也指出,还需要进一步的实验和模拟来确定氢和氮的确切化学计量及其各自的原子位置,以进一步了解该材料的超导状态。

超导材料应用具有广泛前景

“在我们日益电气化的世界中,如果拥有在室温和环境压力下能够以零电阻导电的材料,那么这种材料的影响将是惊人的——想象一下,将电力传输数千公里而基本上没有损失。”《自然》杂志说。

研究人员表示,这种超导材料的研发预示着室温超导体及应用技术的曙光到来。这将使超导电子消费产品、能量传输以及磁约束聚变的改进等成为现实。

很明显,如果电线都采用超导体,那就不会存在能量衰减,超导体的意义显而易见。现阶段使用的特高压输电技术,其实就是提高输电线的电压,来尽可能降低能量损耗。如果使用了超导电线,将完全不存在这个问题,彻底改写整个行业,比如可以直接以市电电压传输电力,完全不需要变电站。

事实上,超导体在日常生活中已经有了应用,医院的核磁共振设备便采用了超导体,这就涉及了超导体的另一重大应用方向,即产生大磁场。利用电流可以得到磁场,电流越大,磁场越强。然而,电流传输过程中由电阻导致产生的焦耳热会损耗相当一部分电能,由此超导体的意义就变得显而易见了。

团队“前科”让人存疑

尽管研究成果轰动科学界,但目前很多人仍对这个结果持观望态度。一方面是因为重复实验结果还没出来,另一方面则是迪亚斯团队的“前科”。

《自然》杂志评论指出,迪亚斯研究团队的“这些测量都是一致且全面的。然而,研究作者的发现毫无疑问会引发争议,因为同一团队的研究人员此前关于室温超导性的研究报告被撤回”。评论强调:“对材料、其特性和制造过程的独立测量将有助于消除对研究结果的任何疑虑。”

迪亚斯曾经两次声称在超导领域实现了远超同行的跨越式突破,但都没有得到其他研究团队重复验证。此前,迪亚斯首先宣称自己在高压下合成了金属氢,相关文章发表在美国《科学》杂志上,但其他研究组未能重复验证,而他本人后来宣称,由于保存不当,保存金属氢的装置压力泄露,最终金属氢因为压力不足汽化消失了。后来,迪亚斯也没有再合成金属氢。由此,金属氢成了一桩“悬案”。

此后,2020年秋季,迪亚斯团队的研究再次引发轰动,他们在《自然》杂志论文中报告了一种含碳、硫、氢的化合物在约15摄氏度下表现出超导性能。但后续多个研究组试图重复该实验未果,并由于迪亚斯未披露原始数据,多人认为其在磁化率的数据处理中使用了错误的方法,得到了并不能算正确的结论。2022年9月,《自然》杂志编辑部因这一论文实验数据遭质疑等原因撤掉了这篇论文。

不过,由于此次研究所需的压强在实验室条件下相对容易实现,其他研究团队重复验证这一成果的门槛并不高。如果新实验的结果能被其他研究团队复制,那这一成果就可能是“革命性”的,将有望冲击诺贝尔奖,而如果多个实验室都无法复现,那大概率又是一颗“空卫星”。毕竟,任何科学研究都不是一家之言,必须能够经得起验证。