3月8日,，室溫超導這四個字讓物理界“狂飆”了起來,！Nature于凌晨正式發(fā)表了Dias團隊的新論文,。時間戳顯示,，這篇論文在2022年8月投出,，今年1月18日被Nature接收。
羅徹斯特大學的Dias團隊宣稱,，他們發(fā)現(xiàn)了近常壓的室溫超導體,，該超導體是由氫、氮,、镥三種元素組成的三元相,，該研究團隊認為，其在大約10kbar（也就是1GPa,，約相當于1萬個大氣壓）下可以實現(xiàn)約294K（也就是約21℃）的室溫超導電性,。
聽聞這個消息有些網(wǎng)友已經(jīng)沸騰了，直言這研究結果如果是真的,，諾獎直接抱回家！有網(wǎng)友說如果真的是能實現(xiàn),，意味著包括可控核聚變,、量子計算在內的領域，全都會被新的技術顛覆,。
那么室溫超導究竟是啥,，對我們現(xiàn)在的技術和生活有什么影響？
01 超導的定義和價值
超導,，指導體在某一溫度下,，電阻為零的狀態(tài)。人們把處于超導態(tài)的導體稱之為“超導體”,。超導體的直流電阻率在一定的低溫下突然消失,，被稱作零電阻效應。導體沒有了電阻,，電流流經(jīng)超導體時就不發(fā)生熱損耗,，也不會出現(xiàn)壓降，電流可以毫無阻力地在導線中形成強大的電流,，從而產(chǎn)生超強磁場,，醫(yī)院的核磁共振便是用了此技術,。
當金屬處在超導狀態(tài)時，超導體內的磁感應強度為零,，卻把原來存在于體內的磁場排擠出去,。對單晶錫球進行實驗發(fā)現(xiàn)：錫球過渡到超導態(tài)時，錫球周圍的磁場突然發(fā)生變化,，磁力線似乎一下子被排斥到超導體之外去了,，人們將這種現(xiàn)象稱之為“邁斯納效應”。
超導材料和超導技術有著廣闊的應用前景,。超導現(xiàn)象中的邁斯納效應使人們可以用此原理制造超導列車和超導船,，由于這些交通工具將在懸浮無摩擦狀態(tài)下運行，這將大大提高它們的速度和安靜性,，并有效減少機械磨損,。利用超導懸浮可制造無磨損軸承，將軸承轉速提高到每分鐘10萬轉以上,。
超導材料的零電阻特性可以用來輸電和制造大型磁體,。
超高壓輸電會有很大的損耗，而利用超導體則可最大限度地降低損耗,。但現(xiàn)有的超導體還處于必須用昂貴的液氦制冷,，只有少部分銅基超導體可以使用液氮制冷來使其進入超導態(tài)。
當我們使用增大電流來增加磁場的方式時,，隨著電流的增加,，焦耳熱會按平方增加，大部分的電流能量都轉換為了內能損耗了,，如果我們使用超導體制作線圈產(chǎn)生電流,，由于超導體沒有電阻，就不會產(chǎn)生焦耳熱,，于是幾乎可以無限的提升電流強度來獲得高強磁場,。
因此，如果室溫超導真的成立,，那對我們的科技和人類社會都有質的改變,，粒子對撞機、可控核聚變,、量子計算機,、超導輸發(fā)電、超導電器等等都會得到重大突破,！
02 Dias研究團隊的研究內容簡析
同大部分超導的文章一樣,，Dias研究團隊對樣品電輸運、磁化率及比熱進行了測量。
首先是電阻的測量結果,，左圖中給出了10,、16、20kbar（1,、1.6,、2.0GPa）下的電阻測量結果，三個電壓下電阻都降低到了0,，這正是超導體的主要特征之一,，需要注意的是，這里1GPa時Tc是最高的,，壓強越低,，Tc越高，是一個令人意外的結果,。插圖是樣品及電極圖片,。右圖則給出了超導態(tài)與正常態(tài)的V-I曲線。
這張圖是對磁化率的測量,，a圖是60Oe（Oe是高斯單位制中表示磁場強弱的單位,，可以理解為高斯，即1T=10000Oe）下8kbar（0.8GPa）的磁矩隨溫度的變化圖,，可以明顯看到其Tc為277K（4℃）,，b圖給出磁矩與外磁場的關系，也符合超導體的特征,，c圖則是不同壓力下的M-T曲線,，這里的Tc與電阻上的保持一致，轉變溫度區(qū)間也很小,，是非常好的轉變,。不過在a圖中也可以看出來研究團隊對原始數(shù)據(jù)做了一定處理。
這里多提一句,，磁化率的測量會明顯受樣品形狀、背底等因素的測量,，理論上超導體應該表現(xiàn)出完全抗磁性（即4πχ=-1）,，但實際測量中測不到完全抗磁性（即4πχ＞-1）也是可以理解的。當然Dias的文章中并沒有約化,，a圖中縱軸是磁矩,，并非磁化率。
Dias還對比熱進行了測量,，結果如上圖所示,，這里給出了10、10.5,、20kbar的測量結果,，可以看到,，三個比熱的曲線均能看到超導在比熱上的轉變，Tc與電阻的測量結果略有區(qū)別但完全可以理解,，這個結果是合理的,。不過該說不說，這個比熱的轉變并不算明顯,，尤其是10.5kbar的曲線,，峰并不明顯，10kbar的轉變也尚不如20kbar明顯,。這三個比熱的轉變看起來也有些區(qū)別,，尤其是10kbar和10.5kbar的數(shù)據(jù)，僅差了0.5kbar,，但圖像差異卻很大,。不過考慮是高壓下測量的，或許有一些我們不知道的困難吧,。
Dias還給出了樣品的XRD（X射線衍射）結果,，并繪制了晶胞圖像，這當然也是必要的,。
a圖即XRD結果,，他們采用了Mo靶，紅線是理論計算的結果,，圓圈是實際測量的結果,，藍線是二者的誤差，看得出來,，測量與計算的結果區(qū)別很小,，樣品可以說是一個純相，Dias團隊計算樣品占比為92.25%,，雜質為LuN1?δHε和Lu2O3,。
b圖則是他們繪制的晶胞圖，白色原子是氫,，綠色的是镥,，粉紅色的是氮原子，他們給出的樣品化學式是LuH3?δNε,，61kbar時空間群是Fm-3m和Immm,，但Dias認為超導相空間群是前者。
最后是該樣品的超導相圖（原文這是第一張圖）,，Tc隨著壓強升高而減小,，這是出乎大家意料之處，后面或許也將成為研究的重點，b圖是樣片形貌隨著壓強的變化,，常壓下是藍色的,，隨著壓強升高逐漸變?yōu)榉奂t，最終呈現(xiàn)紅色,，樣品的顏色還是非常喜慶的,。
篇幅有限，支撐材料就不帶大家一起看了,，感興趣的同學可以點擊鏈接跳轉nature官網(wǎng)查看,。
Evidence of near-ambient superconductivity in a N-doped lutetium hydride | Nature
03 業(yè)界的質疑
研究團隊有黑歷史，Ranga Dias本人也爭議纏身,。
2020年10月15日,，該團隊曾在《自然》雜志刊文，稱他們在260萬個大氣壓下,，成功創(chuàng)造出了臨界溫度約為15℃的室溫超導材料,，這也是人類首次實現(xiàn)室溫超導。該文章還成為當月《自然》封面文章,，引起軒然大波,，因為通常來說，超導現(xiàn)象離不開極低的溫度,。但后來Nature認為Dias他們的數(shù)據(jù)處理方式有問題,，并且其實驗結果也一直未能被成功復現(xiàn)于是強制撤稿了。
并且在20218月15日,，物理學家Jorge Hirsch在驗證數(shù)據(jù)之后,，認為該論文的磁化率數(shù)據(jù)有問題，直接質疑Dias團隊用多項式曲線擬合數(shù)據(jù)“是一種捏造”,，是“一場科學騙局”,。
并且Dias本人曾經(jīng)在17年發(fā)表的論文宣布合成了首個金屬氫，然而論文發(fā)表后研究團隊稱由于操作失誤,，該金屬氫樣本已經(jīng)消失,。
總結
雖然因為以往的事件導致眾多科學家對Dias的研究團隊不夠信任，但本次研究Dias給出了很多原始數(shù)據(jù),，實驗條件僅需要1GPa的壓強,，重復起來相對簡單，希望能盡快有一個定論,，一旦該研究被證實是真的，那我們將見證改變世界的一刻,。