液氮温区的超导磁悬浮演示实验

(资料图)

腾讯科技 乔辉

2023年3月8日，《自然》杂志刊登了美国罗彻斯特大学Ranga Dias团队的最新研究成果：在“镥氮氢”组成的化合物中找到了近环境条件（21摄氏度，10000个大气压）下存在超导的证据。尽管论文作者在物理圈信誉不好，但物理学毕竟是一门实验学科，还是要靠实验检验。那么这个轰动一时的基础物理大发现通过其他团队检验了吗？

这是显微镜下1毫米大小的镥氢化合物。美国Ranga Dias团队声称在掺杂一定量的氮之后，发现了近环境压力下的室温超导现象。不过，这种材料的室温超导性质并没有通过南京大学闻海虎教授团队的检验。

3月15日，南京大学闻海虎教授团队公布了对这个实验的复验结果：同种材料（氮掺杂的镥化氢），相同温度和压强区间内，没有发现超导迹象，甚至在比Ranga Dias团队声称的更高压强和更低温度下仍然没有发现超导现象。论文《Absence of near-ambient superconductivity in LuH2xN》以预印本的形式发表在了arxiv网站，这也是全球范围内首个对“室温超导”大发现的完整检验。

闻教授团队最新论文摘要

我们可以看到，重复这个实验的关键部分在于制备出同种实验材料：氮掺杂镥化氢。其实，早在3月9日，据悉中科院物理所靳长青教授团队就利用镥氢化物做了检验实验，并没有在Ranga Dias团队声称的温度和压强区间发现超导迹象，而是在压强218GPa，温度降到71K才出现超导现象。但毕竟镥化氢和氮掺杂镥化氢不是同一种材料，不太能说明问题。这次闻教授的完整复验结果在物理圈引起了轰动。

实验室中的闻海虎教授

3月21日，我们专访了闻教授关于这个话题的几个最核心问题，来听听他对复验结果的解释以及对室温超导的前瞻性看法。

腾讯科技：你们对Ranga Dias团队发现的所谓“室温超导”材料如何进行的检验？

闻海虎：我们合成了具有相同结构和类似成分的材料。在压力下，通过仔细地对材料的电阻和磁化进行了测量，但在Dias文章声称的压强和温度下没有发现超导。

腾讯科技：实验的关键材料“氮掺杂的镥化氢”制备难度大吗？

闻海虎：我们用的是一种新方法，不同于Ranga Dias文章中声称的方法。利用我们的方法，只要有高温高压炉，同时有使用经验，加上自己有合成的思路，应该是不难的。

腾讯科技：Ranga Dias团队声称氮掺杂的镥化氢的超导特性甚至能够利用经典的BCS理论解释，这合理吗？

闻海虎：先实验证明超导性是真是假，然后再去讨论是否可以用BCS理论解释。目前的知识告诉我们，此类材料的超导机理应该是BCS理论范畴的。

腾讯科技：据说中科院物理所的程金光研究员团队利用“氢化镥”（非氮掺杂）复现了Ranga Dias团队所声称的样本材料颜色变化过程（2.2GPa时变成粉红色，在约4GPa时又变成亮红色）。在超导物理研究中，颜色的变化有什么物理意义吗？

闻海虎：是的，程金光研究员团队在LuH2中加压到2.2GPa左右时看见颜色从深蓝到粉红色的变化，与Dias看见的类似，但是也没有看见超导现象。我们也证实了LuH2中加压的颜色变化（我们论文的更新版本有附加数据）。

其实，以前讨论超导体性质的时候很少关注颜色的变化。造成这种现象的原因应该是氢在压力下发生位置移动，从而导致材料的光学性能发生变化。

腾讯科技：除了您的团队外，国际上有没有其他团队对Ranga Dias的发现也进行了实验检验？

闻海虎：目前还没有看见。应该说物理所的靳常青和程金光研究员最新贴到arXiv的文章也从不同的角度说明在近常压和室温条件下这类材料是没有超导的，只是他们的样品中暂时还没有把氮掺杂进去。

腾讯科技：未来真正发现室温超导后，会对人类社会产生什么重要的影响？能否与半导体对人类社会的影响相媲美？

闻海虎：有很大改变，从电力，能源，交通，医疗，大科学工程和国防等等。超导体的应用还不好说与半导体媲美，但超导应用有自己的特色，在有些应用场景中具颠覆性和不可替代的作用。

腾讯科技：您预测一下，人类离真正发现室温超导应该有多远？（多少年）

闻海虎：不好说，有此宏大目标是应该的。也许10年，20年？其实很多组在做超导基础研究的时候都希望探寻到更高温度的超导体，甚至室温。

腾讯科技：从某种意义上讲，与其说是“发现室温超导体”，不如说是“发明室温超导体”，您是否赞同这个观点？

闻海虎：可能发明更合适，只是大家叫惯了“发现”这个词。发现的字面意思是已有的东西被你发现，但是发明意义就不同了，发明可以是没有的东西，被人做出来了。很多新超导体是地球上没有的，被人类合成的，因此叫发明比较好。

科幻电影《阿凡达》剧照。潘多拉星球上漂浮的山体中含有室温超导材料，贪婪的人类正是为了索取这种材料，才不远万里入侵了这颗美丽的星球。

综上所述，美国Ranga Dias团队所谓的“室温超导”大发现并没有通过闻教授团队的实验检验。除了闻教授外，中科院物理所的靳常青和程金光教授最新贴到arXiv的文章也从不同的角度说明在近常压和室温条件下这类材料是没有超导的。室温超导体是物理学家一直追求的圣杯，一旦被发现（发明）出来将极大改变人类社会，但这个美好的梦想可能还需要等10到20年的时间。