最近，韓國室溫超導(dǎo)“LK-99”名噪一時，各大媒體平臺對它關(guān)注有加，超導(dǎo)學(xué)界更是加緊了復(fù)現(xiàn)工作。
然而，不管是實驗還是理論計算，不同的論文結(jié)果卻大相徑庭。
有的論文給出了支持超導(dǎo)的幾項證據(jù)[1][2]，有的卻說只是普通磁性材料[3]，甚至是雜質(zhì)的假信號[4]。
(資料圖)
LK-99的前景也隨著論文的更新不停反轉(zhuǎn)，籠罩在LK-99上的迷霧似乎越發(fā)濃重。
在人們探索超導(dǎo)的一百余年中，LK-99不是第一個被宣稱實現(xiàn)室溫超導(dǎo)的材料，也不是第一個在后續(xù)的驗證中陷入爭議的材料。事實上，很多種所謂的“室溫超導(dǎo)體”最后都無法定論，被物理學(xué)家們仿照不明飛行物UFO戲稱為“不明超導(dǎo)體”。那么，世界上一共有過多少種疑似室溫超導(dǎo)體？它們的后續(xù)又究竟如何呢？
現(xiàn)在，究竟有多少種室溫超導(dǎo)？
近三周來，韓國團(tuán)隊的arxiv文章，讓室溫超導(dǎo)這一概念又一次被推上浪尖。近些年來，相關(guān)的大新聞一個接著一個，挑動著人們的好奇和期待，但是尚且沒有一個讓人滿意的結(jié)果。
實際上，人類對室溫超導(dǎo)的追求并不是近幾年才開始，在過去十幾年里，不斷有團(tuán)隊聲稱找到了室溫或接近室溫的超導(dǎo)體。
時間回溯到2020年10月，小編第一次感受到室溫超導(dǎo)如此廣泛的關(guān)注。當(dāng)時美國迪亞斯團(tuán)隊有一項室溫超導(dǎo)“成果”發(fā)表在Nature上[5]，聲稱綠色激光誘導(dǎo)合成的碳硫氫化合物在267GPa壓強(qiáng)下超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度高達(dá)288K。從此大家討論的問題涉及到超導(dǎo)時，都要感嘆一句：雖然壓強(qiáng)高得離譜，但是室溫超導(dǎo)終于要來了嘛。
但是可惜，經(jīng)過一段時間的等待，未等該實驗被重復(fù)出來，關(guān)于迪亞斯的瓜倒是吃了不少。該工作實驗數(shù)據(jù)被同行懷疑受到了更改和操控，比如加州大學(xué)理論物理學(xué)家赫希經(jīng)過仔細(xì)分析，先后發(fā)表兩篇論文質(zhì)疑批評該結(jié)果。經(jīng)過長時間的拉鋸，該文章最終在2022年9月被撤回。
論文前加了個大大的撤回（RETRACTED）
一晃三年過去了，室溫超導(dǎo)又來了。迪亞斯在2023年3月初的美國物理學(xué)會會議上宣布又發(fā)現(xiàn)了常溫超導(dǎo)體，聲稱高溫高壓條件下合成的镥氮氫化合物，在1GPa壓強(qiáng)下即可實現(xiàn)294K室溫超導(dǎo)，并在Nature上發(fā)表[6]。已經(jīng)被上一個成果“晃”過一次的大家，更多地帶上了“讓子彈飛一會兒”的態(tài)度，之前“怒懟”迪亞斯的赫希也親臨會場“對線”：
2023年3月初的美國物理學(xué)會會議現(xiàn)場圖，正面照為帶傷上陣的赫希，背影照是迪亞斯
果然，這個結(jié)果不僅并未得到廣泛重復(fù)，反而有不少驗證性實驗否定，比如國內(nèi)的南大團(tuán)隊的實驗[7]，物理所團(tuán)隊的實驗[8][9]。大家對室溫超導(dǎo)的關(guān)注也部分轉(zhuǎn)移到了這個兩次“發(fā)現(xiàn)”室溫超導(dǎo)的科學(xué)家迪亞斯身上，開始了解他的來路和過往。結(jié)果同行就發(fā)現(xiàn)其博士論文與多篇論文存在相似之處，某篇PRL的圖表與其他文獻(xiàn)驚人相似，指出迪亞斯可能存在學(xué)術(shù)不端行為，結(jié)果C-S-H相關(guān)論文也被展開了調(diào)查，該篇PRL也被撤稿。
迪亞斯受到的廣泛關(guān)注與人們愈發(fā)意識到超導(dǎo)體的重要性離不開，與現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展分不開。但是實際上，此前就有很多聲稱找到了室溫超導(dǎo)體的例子。例如，2018年兩位印度科研人員聲稱將納米銀粉加入金納米陣列中可以獲得236K的超導(dǎo)電性[10]，其數(shù)據(jù)被麻省理工的斯金納質(zhì)疑，因為實驗數(shù)據(jù)的噪音模式是一樣的，這在真實的實驗中是不可能的。后來印度學(xué)者辟謠說是“量子噪音效應(yīng)”……
Ag-Au納米結(jié)構(gòu)示意圖，（a）納米結(jié)構(gòu)的TEM圖像（b）單個結(jié)構(gòu)的HRTEM圖像（c）單個結(jié)構(gòu)的HAADF-STEM圖像（d）圖（c）沿紅線的元素分布 | 圖自[10]
再比如，2016年科斯塔迪諾夫聲稱找到了轉(zhuǎn)變溫度為373K的超導(dǎo)體[11]，但是并未公布超導(dǎo)體的組分和制備過程，以一種保密的姿態(tài)沒了后續(xù)。
373K相關(guān)內(nèi)容的arxiv文章，神神秘秘的摘要
更早的還有很多，2012年有團(tuán)隊宣布經(jīng)過純水特殊處理的石墨粉，在300K常壓下具有超導(dǎo)電性[12]，2003年有團(tuán)隊聲稱n型金剛石與電極、真空耦合后，能在常溫常壓下?lián)碛谐瑢?dǎo)相[13]……
我們不得不承認(rèn)，在真正的室溫超導(dǎo)體出現(xiàn)之前，這樣類似的新聞可能會一個接一些，并有在可能引起一陣關(guān)注、挑起一次股票的波動后，讓人們失望而歸。不可否認(rèn)的是，常溫超導(dǎo)的真正到來將為世界帶來巨大的改變，但探索的道路可能漫長而艱辛，我們不妨懷著平靜的心情去留心，去期待。
在這里，我們將這些歷史上的部分“室溫超導(dǎo)”總結(jié)為如下表格，這張表格也會隨著相關(guān)新聞的增加而更新，來幫助我們更加全面地認(rèn)識相關(guān)事件。
表1 歷史上的“室溫超導(dǎo)體”
據(jù)不完全統(tǒng)計，歷史上聲稱室溫超導(dǎo)的次數(shù)不少于7次。
為了便于直觀感受這里的壓強(qiáng)，舉兩個例子供參考：大氣壓為101kPa，即0.0001GPa，地心壓強(qiáng)為370GPa。
看了這么多“室溫超導(dǎo)”事件，大家也不要失去信心。從元素超導(dǎo)體到銅基到鐵基超導(dǎo)體，我們對超導(dǎo)的認(rèn)識正在一步一步深入。值得關(guān)注的是，目前常壓下，超導(dǎo)體Hg-Tl-Ba-Ca-Cu-O有最高的轉(zhuǎn)變溫度，為138K[15]。而在高壓下，LaH10材料轉(zhuǎn)變溫度達(dá)到了252K[16]，這些都得到了廣泛的實驗驗證。
為啥過了這么久，還不能確定是不是超導(dǎo)
大家可能會很困惑一個問題，一個材料是不是超導(dǎo)體難道不是一個“非黑即白”的問題，能夠很快被廣泛地證實或者否定嗎？這樣一來，就不至于留下這么多含糊不清的問題，也不至于像LK-99這樣讓大家已經(jīng)吃瓜吃了三周之久。實際上，問題沒這么簡單。
新的超導(dǎo)材料要想獲得認(rèn)可，既需要作者給出令人信服的數(shù)據(jù)，又需要其他同行能夠重復(fù)出同樣的效果——北京的超導(dǎo)材料在紐約同樣應(yīng)該超導(dǎo)，這是物理人執(zhí)著的信念。要想確定一種新材料是否具有超導(dǎo)性，總需要用一臺儀器對一塊樣品做點什么。因此，對疑似超導(dǎo)體的驗證工作至少可以分成兩大部分：獲得一塊高質(zhì)量的樣品和對樣品完成測試。
制備樣品就不是一件易事。雖然大家經(jīng)常戲稱制備樣品就像煉丹，但畢竟不是所有丹藥都能讓人長生不老。對于超導(dǎo)材料，“高質(zhì)量樣品”往往代表一塊大小合適的干凈的單晶。用來測試的晶體缺陷要盡可能地少，而雜質(zhì)則要幾乎完全排除。
因此，晶界雜亂無章而且有大量雜質(zhì)的多晶雖然容易燒結(jié)，但測試結(jié)果卻很難說服嚴(yán)苛的審稿人和同行。要想制備出能用的樣品，需要昂貴的高純原料、復(fù)雜的燒結(jié)條件，以及難以言說的經(jīng)驗和一些運氣。
華中科大實驗組得到的小塊兒LK-99樣品如圖中小黑點，難以支持電阻的測量 | 圖自[2]
就算獲得了堪用的樣品，怎樣用它測出用說服力的數(shù)據(jù)同樣是一件技術(shù)活。常壓超導(dǎo)的樣品測起來簡單些，但也要有很多步驟。樣品首先需要清潔、用細(xì)砂紙打磨——如果磨的力量輕了，樣品表面的雜質(zhì)沒被剝離，就會帶來假信號；如果磨得重了，樣品可能直接四分五裂。幾毫米長的樣品磨好以后，還要并排粘上四根導(dǎo)電電極，用類似中學(xué)伏安法電壓表內(nèi)接的方式測試電阻。電極要粘得平行等長，彼此還要留出足夠的距離。從打磨到粘電極，這些顯微鏡下的精細(xì)活都要迅速完成，不然樣品在空氣中氧化變質(zhì)，前面的工作就會全部前功盡棄了。
高壓超導(dǎo)的驗證則會更困難。且不說上百萬倍大氣壓強(qiáng)的實驗條件本身就勸退了大部分實驗室參與驗證的努力，單考慮測試技術(shù)本身就復(fù)雜到令人咋舌。要想辦法給樣品均勻地施加并傳導(dǎo)壓力而不至于損壞；要將樣品連同加壓裝置一起冷卻、加磁場；要從加壓機(jī)構(gòu)中引出四根導(dǎo)線連接測試設(shè)備的電壓表和電流表；還要壓制復(fù)雜裝置和極端條件產(chǎn)生的噪聲信號……
所以高壓超導(dǎo)似乎有些命途多舛：金屬氫超導(dǎo)的樣品揮發(fā)，不了了之；臨界溫度200余K的碳硫氫雖然名噪一時，但去年終究撤稿；今年三月的镥氮氫超導(dǎo)如今也接近草草收場……
極高壓所需的鉆石對頂砧示意圖 | 圖自[17]
超氫化物：大力出奇跡？
說了這么多，室溫超導(dǎo)體究竟會出現(xiàn)在哪種材料上呢？
在所有的“室溫超導(dǎo)材料”中，理論上最有可能實現(xiàn)、目前研究也是最多的，就是超氫化物。根據(jù)能夠解釋常規(guī)超導(dǎo)的BCS理論，超導(dǎo)體的臨界溫度Tc與構(gòu)成超導(dǎo)體的原子質(zhì)量M的平方根成反比。這樣，科學(xué)家自然而然地想到，如果想要提高超導(dǎo)臨界溫度，那么最好的方法就是用最輕的元素——氫。
要想將常壓下沸點-253℃的氫氣變成固體的導(dǎo)電材料金屬氫，就必須施加上幾百萬大氣壓的壓強(qiáng)。剛好，壓強(qiáng)的提高也有利于超導(dǎo)臨界溫度的提升。于是，世界各地高壓超導(dǎo)實驗室的金剛石壓砧里都注入了氫。
但是，將氣態(tài)的氫壓成固體，保持穩(wěn)定再完成測量，實在太不容易了。幾十年過去，直到今天也幾乎沒人成功制備出金屬氫。唯一宣稱成功來自三月份聲稱實現(xiàn)室溫超導(dǎo)的美國人迪亞斯[18]。但被同行質(zhì)疑后他宣稱樣品保存不當(dāng)氣化消失了。這樁懸案就這樣讓人哭笑不得地不了了之。
超氫化物超導(dǎo)的溫度及壓強(qiáng)條件，綠色倒三角標(biāo)記實驗結(jié)果，藍(lán)色三角標(biāo)記理論計算結(jié)果，紅色五角星標(biāo)記一篇文獻(xiàn)給出的計算結(jié)果 | 圖自[19]
由于金屬氫太難制備，科學(xué)家轉(zhuǎn)向了稀土氫化物。元素周期表最下面的鑭系元素可以與多個氫原子結(jié)合成分子并相對穩(wěn)定地存在。這種含有多個氫原子的化合物就被稱為富氫化合物，如果分子中氫含量更多，就叫做超氫化物。
其中，被研究得最多的材料是La-H體系。在高壓下用激光照射按比例混合的單質(zhì)鑭和氫氣可以得到LaH10，這是目前實驗驗證的臨界溫度最高的超氫化物。它可以在165萬大氣壓下實現(xiàn)大約252K超導(dǎo)[16]。
LaH10的零電阻信號 | 圖自[16]
目前，對稀土富氫化物的研究還主要集中在二元體系中。隨著研究的深入，三元體系超氫化物逐漸受到關(guān)注，或許未來它可以刷新高壓超導(dǎo)的臨界溫度紀(jì)錄。需要指出的是，富氫化物是一類常規(guī)超導(dǎo)體，可以被上世紀(jì)50年代提出的BCS理論解釋和預(yù)測。富氫化物的成功固然是BCS理論的又一力證，但它的意義卻也幾乎只是在科學(xué)和極端條件實驗技術(shù)上。上百萬大氣壓的壓強(qiáng)決定了它幾乎不可能走向?qū)嵱谩?/strong>
結(jié)語
或許，未來會有更多的“室溫超導(dǎo)材料”出現(xiàn)又被證偽；或許，常壓室溫超導(dǎo)根本就不存在。但人類對溫和條件下超導(dǎo)的探索不會停止。這是工程學(xué)的期盼，也是科學(xué)的追求。小編相信，隨著實驗技術(shù)的進(jìn)步和基礎(chǔ)理論的突破，未來會有更多的“室溫超導(dǎo)材料”出現(xiàn)。
未來，我們會與大家一起繼續(xù)關(guān)注。在物理所向濤院士的倡議下，我們最近將會上線一個網(wǎng)頁，搜集過去宣稱的“室溫超導(dǎo)材料”，追蹤室溫超導(dǎo)未來的發(fā)展?；蛟S未來某一天，這個網(wǎng)頁上會出現(xiàn)真正的常壓室溫超導(dǎo)材料；或許那一天，因為室溫超導(dǎo)站上諾貝爾領(lǐng)獎臺的，是我們中國的科學(xué)家甚至是工作在物理所的科學(xué)家。
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歷史上的“室溫超導(dǎo)”大盤點
中科院物理所? 08-14 10:13:38
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企查查APP顯示，近日，湖北凱倫更新技術(shù)有限公司成立，法定代表人為許
云財經(jīng) 08-14 10:00:53
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近日，中國大陸最大的芯片代工廠中芯國際發(fā)布了2季度業(yè)績報表。 數(shù)據(jù)顯
維科號 08-14 10:00:34
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距離巴黎奧運會還有一年時間，這么長的時間還會產(chǎn)生很多變化，其中就包
騰訊體育 08-14 09:51:04
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今天中職招生網(wǎng)將給各位同學(xué)們分享2023年技工院校國家獎學(xué)金助學(xué)金和免
育路教育網(wǎng) 08-14 09:35:49
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8月13日，記者從蘭州市城關(guān)區(qū)市場監(jiān)督管理局獲悉，為有效應(yīng)對暑期游“
騰訊網(wǎng) 08-14 09:29:08
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導(dǎo)讀1、互文的修辭手法。2、“將軍百戰(zhàn)死,壯士十年歸”這兩句詩里的“
互聯(lián)網(wǎng) 08-14 09:15:33
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2023年6月7日到6月23日，由中國科學(xué)院植物研究所、福建農(nóng)林大學(xué)、上海
央視新聞 08-14 09:17:08
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8月13日，小朋友在洮兒河國家濕地公園內(nèi)玩耍。暑期，內(nèi)蒙古興安盟烏蘭
新華社 08-14 09:05:46
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流動的自然繪于畫布，仿若城市的窗簾，這幾天，蘇州河畔過往的行人發(fā)現(xiàn)
文匯報 08-14 09:06:08
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新華社達(dá)卡8月13日電（記者孫楠）據(jù)孟加拉國聯(lián)合通訊社13日報道，該國
新華網(wǎng) 08-14 08:56:07
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8月11日，邦德股份（838171）融資買入1 36萬元，融資償還0 07萬元，融
證券之星 08-14 08:39:22
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1、拿上戶口本。2、到戶籍派出所更正下就可以！你有多大年齡！年齡小還
互聯(lián)網(wǎng) 08-14 08:19:46
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1、1核酸檢測陽性，說明患者體內(nèi)存在病毒?，F(xiàn)在，大多數(shù)病毒核酸檢測試
聚焦網(wǎng) 08-14 08:18:45
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據(jù)新華網(wǎng)報導(dǎo)，美國夏威夷州州長喬希·格林12日證實，目前野火已在該州
中評網(wǎng) 08-14 08:04:42
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大家好，最近小紅發(fā)現(xiàn)有諸多的小伙伴們對于高考前注意事項含飲食宜忌，
互聯(lián)網(wǎng) 08-14 08:03:15
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海南日報訊（記者陳蔚林）當(dāng)前，我省公證行業(yè)活力進(jìn)一步激發(fā)，公證服務(wù)
海南日報 08-14 07:33:16
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1、黃山風(fēng)景區(qū)2、黃山旅游資源豐富，最重要的景點自然是黃山風(fēng)景區(qū)。黃
城市網(wǎng) 08-14 07:17:53
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做法：新鮮的五花肉，肉皮和邊邊用刀刮一刮，反復(fù)沖洗干凈，切塊，然
食客老饕 08-14 07:14:36
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每經(jīng)AI快訊，近日多地暴雨成災(zāi)讓不少消費者對家財險關(guān)注升溫。“覺得很
每日經(jīng)濟(jì)新聞 08-14 06:49:32
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