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展。美國羅切斯特大學(xué)物理學(xué)家 Ranga Dias（朗加·迪亞斯）明確表示，他的團隊已經(jīng)實現(xiàn)了一種可以在室溫條件下實現(xiàn)超導(dǎo)的全新材料。
這種技術(shù)一旦應(yīng)用，拿下諾獎幾乎不是問題。
誰能在室溫條件下實現(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，我們再也不用再擔(dān)心電池沒電了。
就在今天，Nature還正式發(fā)表了迪亞斯團隊的新論文。技術(shù)足夠震撼，在拉斯維加斯舉行的美國物理學(xué)會現(xiàn)場，這場講座被圍的水泄不通，安保人員不得不提前阻止更多人進場。
微博、知乎相關(guān)話題被送上了熱搜。
而資本市場更是聞風(fēng)而動。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，其中永鼎股份以及百利電氣等一度漲停。
然鵝，這么一個全行業(yè)為之震動的技術(shù)，主創(chuàng)團隊卻遭遇不少質(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)實驗，有信心過審，應(yīng)用到現(xiàn)實世界還需要幾年。
第六次技術(shù)革命？
想要明白Ranga Dias和團隊為什么可以震驚學(xué)界，我們得先簡單了解幾個概念，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)。大約一個多世紀(jì)前，荷蘭物理學(xué)家?？恕た┝帧ぐ簝?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，而這并不現(xiàn)實。
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和團隊表示他們找到了一種新材料，可以實現(xiàn)常溫超導(dǎo)。
Ranga Dias在美國物理學(xué)會會議上，做了題為Observation of Room Temperature Superconductivity in Hydride at Near Ambient Pressure（近環(huán)境壓強下觀測到的金屬氫化物室溫超導(dǎo)現(xiàn)象）的報告。
正是這篇報告轟動了全球。Ranga Dias和團隊將氫、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，施加不同的壓力測量電阻。
經(jīng)過實驗發(fā)現(xiàn)，基于氫、氮、镥組成的三元氫化物（N-Lu-H）材料，會在294K（室溫21°C左右）的溫度下，材料失去電阻，但仍需要在1GPa的壓強下才能實現(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)百萬個大氣壓。
因此，Ranga Dias在大會上宣稱：近環(huán)境壓強下可應(yīng)用于實際的超導(dǎo)技術(shù)已經(jīng)出現(xiàn)。
雖然這項研究引起了學(xué)界熱議，但還沒有得到實際證實，這項研究成果一旦得到證實，或?qū)㈩嵏参锢韺W(xué)，并廣泛應(yīng)用于人類科技的各個領(lǐng)域，比如能源運輸、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，以及電動汽車，減少動能使用和成本，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、電動車輛等新能源設(shè)備。屆時，更高效的電池，或?qū)氐赘鎰e電動車?yán)m(xù)航焦慮的時代。
雖然常溫，但需要的壓強也高
為什么能實現(xiàn)常溫下超導(dǎo)？
首先與以往的做實驗的超導(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氫體系(ternary lutetium-nitrogen hydrogen system)。
值得一提的是，Dias團隊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，需要形成大量的庫珀對，因為镥元素既富含超導(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珀對，使超導(dǎo)狀態(tài)更容易實現(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，促使氫進入材料的晶體結(jié)構(gòu)，形成具有非常高的臨界溫度的富氫超導(dǎo)體。
在試驗過程中，Dias團隊將镥箔這種金屬片，擠壓在兩個鉆石之間，然后把含有99%的氫氣和1%的氮氣通過氣泵打入他們這個稱為“金剛石壓砧（diamond anvil cell）”的裝置中，最后測量化合物的變化。
Dias團隊分別試驗了從3000 到 30000 倍的大氣壓，隨著施加不同倍率的大氣壓，镥氮氫化合物也發(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。
繼續(xù)將壓力增加到超過30000倍大氣壓，變成了更深的紅色，測試后發(fā)現(xiàn)在這個壓強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，研究人員在這個壓力范圍內(nèi)進行反復(fù)測試，從而幫助找到支持最高臨界溫度的壓力。
最終通過測試發(fā)現(xiàn)當(dāng)氣壓峰值大約是大氣壓的10000倍時。此時的溫度僅為294 K，大約為 21°C，和室溫差不多，這種材料就失去了對電流的阻力。
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，但是不要忘記促成這次試驗的另一大要素—10000倍大氣壓強。
上海市高溫超導(dǎo)重點實驗室主任、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，距離實際應(yīng)用仍非常遙遠(yuǎn)。
這也是眾多科學(xué)家對迪亞斯“近常壓常溫超導(dǎo)”的概念提出爭議的原因之一，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深度海底才能達到的強度，而我們?nèi)藢Ｑ蟮恼J(rèn)知只有短短的10km，相當(dāng)于20000頭非洲象踩在一個人身上、指甲蓋大小的地方承受十幾噸重量。
另外，人類在目前能達到的規(guī)模化的超高壓技術(shù)只有700—800倍的大氣壓強而已，所以究竟是實現(xiàn)運行溫度在零下十幾度到零下一百度的低溫超導(dǎo)容易，還是實現(xiàn)一萬倍大氣壓容易，結(jié)果顯而易見。
團隊曾遭質(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議點在于研發(fā)團隊。
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)磁力測量、高能量密度物理學(xué)等多領(lǐng)域。
2006年，他在斯里蘭卡科倫坡大學(xué)獲得學(xué)士學(xué)位，后前往美國繼續(xù)進修，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稱在實驗室合成了金屬氫，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和團隊稱，他們實現(xiàn)了在15℃下的碳?xì)淞蚧锍瑢?dǎo)，壓強則需要267GPa（1GPa=10kbar），這是人類首次實現(xiàn)室溫超導(dǎo)。
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，但實驗結(jié)果備受質(zhì)疑。
最終Ranga Dias和團隊的論文在去年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。
因為有這些前科，不少網(wǎng)友已經(jīng)把Ranga Dias當(dāng)作騙子，并稱他和團隊是作假的慣犯，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，他們怎么做的實驗？是如何加壓的，還是只是理論研究？
因此Ranga Dias和團隊最新的研究成果會面臨極為嚴(yán)苛的審查。
據(jù)《每日經(jīng)濟新聞》報道，Ranga Dias對這次室溫超導(dǎo)新材料已做出回應(yīng)，并稱已經(jīng)在羅徹斯特大學(xué)實驗室和其他實驗室重復(fù)實驗多次，且有第三方觀察和獨立的工作驗證。
他們還會重新提交2020年的論文以供再次審驗，Ranga Dias和共同作者表對《自然》之前的撤稿表示強烈反對。
這兩年來，Ranga Dias堅持認(rèn)為原始數(shù)據(jù)能夠支持論文的主要結(jié)論，并表示和團隊重復(fù)了之前的實驗，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直接在會場上開麥“我對新結(jié)果比較懷疑，因為我不相信這些作者?！?/p>
值得一提的是，Jorge Hirsch 在 APS March Meeting 的報告和 Ranga Dias 被安排在同一個會場，前后腳上臺，會方可謂憑空增添了對峙的氣氛。
目前，Ranga Dias和團隊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。