潮新闻 执笔 郑亚丽
Ranga Dias教授。图片来源:罗彻斯特大学官网
ChatGPT的热度尚未消散,这两天,室温超导又火了。
美国时间3月7日,在国际物理学界的盛会美国物理学会三月会议上,罗彻斯特大学的Ranga Dias教授宣布在约 1GPa(一万个大气压)的压强、21 ℃的温度下观察到了超导现象。
消息一出,不光物理界炸了锅,投资人也连夜学习。室温超导是个啥?能获得科学界认可吗?潮新闻记者邀请了中国科学院物理研究所研究员罗会仟,就室温超导相关话题进行了访问。
罗会仟研究员的主要研究方向是关联电子材料的中子散射及输运特性,他长期从事物理科普工作,为推动超导的公众普及做出了积极努力,代表作有《水煮物理》《超导“小时代”》等。
图片来源:罗彻斯特大学官网
潮新闻:对于室温超导的这一发现,可信度有多高?
罗会仟:先说结果,大家要有点耐心,过不了几天就会有行业专家验证出结果,看是不是“狼来了”。
关于这个报告本身,是有2个兴奋点的。
一是气压。以前要在百万级压强下才能发现室温超导,这个条件比较苛刻,需要两个金刚石对压来产生巨大的压强。现在降到一万个大气压,就实现角度来说,难度已经降下来不少。
二是温度。材料转变为超导体的温度被称为超导临界温度,低于这个温度,超导体才能保持自身的超导性质。而绝大多数材料的超导临界温度都很低,常压情况基本在-138℃以下,能在接近常温21 ℃的温度下观察到超导现象,的确让人兴奋。
不过业界对“室温超导”还是保持谨慎态度。
2017年,迪亚斯和博士后导师曾发论文声称发现了金属氢(理论预言的室温超导体),后因无法重复实验而成为一桩悬案。2020年,迪亚斯团队在《自然》杂志上称实现了在15℃温度下的碳氢硫化物“室温超导”,受到领域内诸多质疑,2022年该论文被杂志撤回。
鉴于前两次“狼来了”,尽管本次报告和论文中给出的数据非常充分,包括零电阻、磁化率以及比热测量数据等,依然在同行里显得不是那么有说服力。
从现在公布的实验数据看,重复实验难度更低,估计用不了几天,就能看到结果。
截图来自此次宣布发现超导体材料的现场视频,图中站着男子为Ranga Dias。
潮新闻:室温超导是个啥,和普通人关系大吗?
罗会仟:室温超导听起来离我们很遥远,但其实关乎我们每个人的生活。
看过《阿凡达》的人会有印象,其中有一个场景是,漂浮在空中的“哈利路亚山”,悬浮的原因是山里含有一种神奇矿石——室温超导材料。
这里要介绍一下,室温超导材料是正常环境温度下,材料本身就是一个超导材料,电阻为零 ,且具有完全抗磁性。
因此,在能用到电和磁的地方都能用到超导材料。比如超导电力、超导输电、量子计算机、磁悬浮列车等,待技术实现,生活中会到处可见超导材料。
相比室温超导材料,超导材料在生活中已有应用,不过需要一定的低温条件。在“深圳第一高楼”——平安金融中心地下,就埋着超导电缆。相较于在寸土寸金的地上架设高压电缆,在地下借助国产GM制冷机等维持低温环境来使用超导电缆,无论是节省能耗还是土地资源,都是更优解。
潮新闻:室温超导爆火,资本市场沸腾,这事值得“跟风”吗?
罗会仟:室温超导即便已经实现,也不意味着经济价值很大,新材料从发现到应用,还有很长的路要走。
从物理层面看,室温超导并非常温就能用,三个参数很关键:临界温度,临界电流密度和临界磁场。一旦其中一个参数超过临界值,材料就会瞬间不超导。
从工程层面看,多股电缆要进行较为紧密地绕转,使用过程受力分布也不均匀,室温超导材料的效力就会降级。
因此尽管现在新的超导材料不断,但在产业应用中,全球绝大部分应用的还是几十年前发现的铌钛合金超导体。超导材料的性能,是决定其能否广泛应用的关键。
图源:视觉中国
潮新闻:中国的超导技术属于什么水平?
罗会仟:中国在超导的基础领域研究等方向,目前已经做到了世界领先水平。
从上个世纪六七十年代开始,中国就开始研究超导。80年代,在瑞士科学家发现铜氧化物高温超导现象后,在中科院物理所赵忠贤老师为代表的团队带领下,中国很快发现了90 K(-183℃)以上铜氧化物高温超导现象,打破了传统超导体的转变温度一般不能超过40K(约-233℃)的上限。
此后,中国成立了超导国家重点实验室。也因为高温超导的出现,相关科学家的研究不止局限于高温超导材料,大部分人也聚焦在了超导机理和超导应用领域。
2008年,赵忠贤院士带领团队将铁基超导体的临界温度提高到了55 K(-218℃),推动中国高温超导研究走在世界最前沿。
铁基超导出现后,中国科学家实现了快速赶超。自此,很多新的铁基超导材料、包括超导机理方面的物性研究,均由中国科学家率先开展。
直至今日,中国在超导基础研究领域,即材料和机理方面,都处在全球前列。