美國時間 3 月 7 日，在國際物理學界的盛會美國物理學會三月會議上，羅徹斯特大學的 Ranga Dias 教授宣布在近環境壓強下實現了室溫超導。其報告的題目是:Observation of Room Temperature Superconductivity in Hydride at Near Ambient Pressure。消息一出，迅速刷屏，不僅學界關心，產業界也殊為關心。如若實驗最終能重復驗證，將是一個極具廣泛影響的爆炸性突破。
董唯元、譚瑩
為什么說“又”呢？早在 28 個月前的 2020 年 10 月，這位 Ranga Dias 教授和他的團隊就在《自然》雜志上發表了在碳氫硫中發現室溫超導的成果。當時的成績是，在 267GPa 的壓強下實現 15℃的超導。這一成果在當時就吸引了許多社會關注，我們也曾急吼吼地寫了篇原理性的介紹(詳見《超高壓下首次實現室溫超導》)。
可惜 2020 年那篇論文后來受到許多質疑，最終在作者反對的情況下被期刊強行撤稿。而這次的新成果是基于三元氫化物的，具體說是氮摻雜氫化镥(nitrogen-doped lutetium hydride, NDLH)，其結論最終是否能得到學術界的認可，需要其他實驗組來重復檢驗。
在論文上線前，一位不便透露姓名的超導科學家 A 對《返樸》表示，直覺該結果“too good to be true. ”他稱，以前就有人用傳統的 BCS 理論預言過，但關鍵是材料很難實現，現在 Ranga Dias 魔術般做出來了。
中國科學院物理研究所研究員孫力玲在接受《返樸》采訪時表示:“值得注意的是，Dias 報告中給出的樣品照片的顏色為藍色，與我們通常看到的超導體具有的黑色和褐色等完全不同。如果其顏色是樣品的本色，說明即使將來其它研究組可以從實驗上證實其超導電性，這種超導體也不應該是我們以前所知道的超導體。”
她說:“人們期待這件事情能夠被其它更多的實驗研究組所驗證。就像在 1987 年的美國 APS 三月會議上銅氧化物超導體的發現和超導轉變溫度突破液氮溫區的報告所掀起的熱潮，使人們在很短的時間里，通過大量的實驗研究對銅氧化物的超導電性有了確定的認識，這使得銅氧化物超導體的發現者繆勒和班諾茲當年就獲得了諾貝爾物理學獎。”
這次之所以十分轟動，是因為如果這次的實驗被認可的話，那無疑將是一個極具商業價值的成果，其意義比 2020 年的那次烏龍成果還重要得多。兩年半之前的那個成果，即使是真實的，也需要 270 萬個標準大氣壓的壓強，這差不多接近地球中心處的壓強，是現代工藝技術難以企及的條件。而 Ranga Dias 教授如今所宣稱的結論，是在 1 萬個標準大氣壓下實現室溫超導，這就一下子把工藝難度大大降低了。這僅相當于馬里亞納海溝處海水自然壓強的 10 倍，或是地殼與地幔交界處的壓強。
孫力玲說:“新報道的超導體在很低的壓力下就可以獲得，這個壓力在商業化的實驗設備上(通常 lt; 3GPa)都可以輕易實現，在實驗技術上并沒有壁壘。”
在 APS 的報告會上，Ranga Dias 教授本來并未透露太多實驗細節，但北京時間 3 月 8 日晚間，該工作于 Nature 在線發布。孫力玲說:“Dias 教授在剛發表的 Nature 文章中給出了制備方法和大致的化學組分，因而其它研究組應該能夠在短時間內就會對其實驗結果的可靠與否加以證實。”
中國科學院物理研究所研究員羅會仟也告訴《返樸》:“公布了很多實驗數據，還有視頻，而且條件很一般，很容易被重復，很快見分曉。”
如此友好的實驗條件要求，令人不禁感覺假如能證實為真，分分鐘就可以將其應用于各種工業乃至生活場景之中。難怪有許多原本不關心物理學的商界人士，都在第一時間認真打聽這個成果的靠譜程度，有些商業大拿甚至還想惡補一下關于超導方面的理論知識。
在外人看來，物理學是門非常講究原理模型和理論計算的學問。理論物理學家們也經常提及“電子反常磁矩”這個老梗，來彰顯物理學的精神所在。這個物理量的理論預測值與實驗測量值在至少 12 位有效數字上保持一致，是確認精度最高的常數。
然而超導物理的研究現狀，卻很難體現這種榮光。事實上，與粒子物理相比，超導物理更像是一門玄學。研究者通過紛繁混雜的朦朧線索，幾乎像大海撈針一樣嘗試各種可能的材料。
目前所發現的各種具有超導電性的物質可謂五花八門，其中包括金屬單質、含金屬化合物、非金屬單質、非金屬化合物…… 許多物質在普通條件下就是完全絕緣的陶瓷，只有在極特殊的環境下才展現出超導特性。當然這也充分地說明，超導現象是一種普遍存在的特性，并不限于特定的元素或材料類型。
然而越是普遍存在的特性，其背后的基本原理往往隱藏得越深。自從 1911 年超導現象被首次發現之后，理論研究者就試圖對這種神奇的現象做出理論解釋。如今 100 多年過去了，物理學家們也確實提出了許多理論。
可每個理論都只能解釋一部分超導現象，目前還沒有一個統一的理論可以解釋所有的超導特性。我們只知道超導和超流一樣，是量子效應在宏觀世界的展現，但那些限定觸發機制、方式和條件的底層要素，卻始終難以捕捉。
如果想判斷一個材料的可燃性，只需在計算機上簡單計算一下化學鍵的結合能就直接做出判斷，而不必真的用火柴去點燃它。這正是因為我們理解了“燃燒”這個特性的底層要素。而對超導而言，我們的理解程度還遠未達到這種程度。
其實整個學界也非常期盼超導理論的建立，這從諾獎的發放情況就可見一斑。幾乎每次超導研究的重要建樹都會得到諾貝爾獎委員會的格外青睞，至今已經有 5 次諾獎頒發給了超導領域，分別是 1913 年、1972 年(BCS 理論)、1973 年(約瑟夫森效應)、1987 年(陶瓷材料的超導現象)和 2003 年(超導和超流的新理論)。
其中 1972 年三位獲獎者中的 John Bardeen 是史上唯一獲得過兩次諾獎的物理學家，他在 1956 年因發明晶體管而獲得諾獎。要知道，就連愛因斯坦都只因解釋光電效應拿過一次諾獎，他的狹義相對論和廣義相對論都沒再幫他拿過第二次。由此可見諾獎委員會是多么認可 BCS 理論的問世。
然而即便像 BCS 理論這樣一個已經寫入教科書的理論，其實也只能解釋一小部分已經發現的超導現象。有趣的是，專業人士口中超導現象被劃分為“常規超導”和“非常規超導”兩大類。而所謂非常規超導，就是指不能用 BCS 理論來解釋的那些超導現象。比如前幾年曾經大熱的石墨烯，就是典型的非常規超導。
前述超導專家 A 教授說，如果此次的發現最終能被重復出來，驗證為真，其理論解釋還是傳統的 BCS，理論上并沒有太多新的可做，難度在于如何實現材料。當被問及新興的 AI 輔助設計材料是否能堪大任時，他表示難度很大，因為計算機有較大的局限性，好做的都是傳統弱關聯材料，這類材料的物理機制都清楚，相當于變一下參量，而對強關聯材料，計算機無能為力。
在超導現象的探索過程中，理論研究者苦苦思索，而實驗研究者靠著直覺、經驗、創意、勇氣、耐心和運氣前行。《返樸》將持續關注此事的后續進展，并于明日繼續邀請專業人士進行解讀，敬請期待！
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