液氮溫區的超導磁懸浮演示實驗

【資料圖】

騰訊科技 喬輝

2023年3月8日，《自然》雜志刊登了美國羅徹斯特大學Ranga Dias團隊的最新研究成果：在“镥氮氫”組成的化合物中找到了近環境條件（21攝氏度，10000個大氣壓）下存在超導的證據。盡管論文作者在物理圈信譽不好，但物理學畢竟是一門實驗學科，還是要靠實驗檢驗。那么這個轟動一時的基礎物理大發現通過其他團隊檢驗了嗎？

這是顯微鏡下1毫米大小的镥氫化合物。美國Ranga Dias團隊聲稱在摻雜一定量的氮之后，發現了近環境壓力下的室溫超導現象。不過，這種材料的室溫超導性質并沒有通過南京大學聞海虎教授團隊的檢驗。

3月15日，南京大學聞海虎教授團隊公布了對這個實驗的復驗結果：同種材料（氮摻雜的镥化氫），相同溫度和壓強區間內，沒有發現超導跡象，甚至在比Ranga Dias團隊聲稱的更高壓強和更低溫度下仍然沒有發現超導現象。論文《Absence of near-ambient superconductivity in LuH2xN》以預印本的形式發表在了arxiv網站，這也是全球范圍內首個對“室溫超導”大發現的完整檢驗。

聞教授團隊最新論文摘要

我們可以看到，重復這個實驗的關鍵部分在于制備出同種實驗材料：氮摻雜镥化氫。其實，早在3月9日，據悉中科院物理所靳長青教授團隊就利用镥氫化物做了檢驗實驗，并沒有在Ranga Dias團隊聲稱的溫度和壓強區間發現超導跡象，而是在壓強218GPa，溫度降到71K才出現超導現象。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驗結果在物理圈引起了轟動。

實驗室中的聞海虎教授

3月21日，我們專訪了聞教授關于這個話題的幾個最核心問題，來聽聽他對復驗結果的解釋以及對室溫超導的前瞻性看法。

騰訊科技：你們對Ranga Dias團隊發現的所謂“室溫超導”材料如何進行的檢驗？

聞海虎：我們合成了具有相同結構和類似成分的材料。在壓力下，通過仔細地對材料的電阻和磁化進行了測量，但在Dias文章聲稱的壓強和溫度下沒有發現超導。

騰訊科技：實驗的關鍵材料“氮摻雜的镥化氫”制備難度大嗎？

聞海虎：我們用的是一種新方法，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，同時有使用經驗，加上自己有合成的思路，應該是不難的。

騰訊科技：Ranga Dias團隊聲稱氮摻雜的镥化氫的超導特性甚至能夠利用經典的BCS理論解釋，這合理嗎？

聞海虎：先實驗證明超導性是真是假，然后再去討論是否可以用BCS理論解釋。目前的知識告訴我們，此類材料的超導機理應該是BCS理論范疇的。

騰訊科技：據說中科院物理所的程金光研究員團隊利用“氫化镥”（非氮摻雜）復現了Ranga Dias團隊所聲稱的樣本材料顏色變化過程（2.2GPa時變成粉紅色，在約4GPa時又變成亮紅色）。在超導物理研究中，顏色的變化有什么物理意義嗎？

聞海虎：是的，程金光研究員團隊在LuH2中加壓到2.2GPa左右時看見顏色從深藍到粉紅色的變化，與Dias看見的類似，但是也沒有看見超導現象。我們也證實了LuH2中加壓的顏色變化（我們論文的更新版本有附加數據）。

其實，以前討論超導體性質的時候很少關注顏色的變化。造成這種現象的原因應該是氫在壓力下發生位置移動，從而導致材料的光學性能發生變化。

騰訊科技：除了您的團隊外，國際上有沒有其他團隊對Ranga Dias的發現也進行了實驗檢驗？

聞海虎：目前還沒有看見。應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的，只是他們的樣品中暫時還沒有把氮摻雜進去。

騰訊科技：未來真正發現室溫超導后，會對人類社會產生什么重要的影響？能否與半導體對人類社會的影響相媲美？

聞海虎：有很大改變，從電力，能源，交通，醫療，大科學工程和國防等等。超導體的應用還不好說與半導體媲美，但超導應用有自己的特色，在有些應用場景中具顛覆性和不可替代的作用。

騰訊科技：您預測一下，人類離真正發現室溫超導應該有多遠？（多少年）

聞海虎：不好說，有此宏大目標是應該的。也許10年，20年？其實很多組在做超導基礎研究的時候都希望探尋到更高溫度的超導體，甚至室溫。

騰訊科技：從某種意義上講，與其說是“發現室溫超導體”，不如說是“發明室溫超導體”，您是否贊同這個觀點？

聞海虎：可能發明更合適，只是大家叫慣了“發現”這個詞。發現的字面意思是已有的東西被你發現，但是發明意義就不同了，發明可以是沒有的東西，被人做出來了。很多新超導體是地球上沒有的，被人類合成的，因此叫發明比較好。

科幻電影《阿凡達》劇照。潘多拉星球上漂浮的山體中含有室溫超導材料，貪婪的人類正是為了索取這種材料，才不遠萬里入侵了這顆美麗的星球。

綜上所述，美國Ranga Dias團隊所謂的“室溫超導”大發現并沒有通過聞教授團隊的實驗檢驗。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的。室溫超導體是物理學家一直追求的圣杯，一旦被發現（發明）出來將極大改變人類社會，但這個美好的夢想可能還需要等10到20年的時間。