首個室溫超導體登上 Nature 封面！15°C 刷新紀錄，超高壓下展現(xiàn)超導特性

本文作者：付靜

2020-10-15 18:35

導語：物理學家?guī)资昵暗念A測得以證實。

室溫超導之路，漫漫其修遠兮。

近年來，盡管已經(jīng)陸續(xù)有不少科學家聲稱實現(xiàn)了「室溫超導體」，但國內(nèi)外絕大多數(shù)的超導科研者往往都持如上態(tài)度。

但如今，這種態(tài)度應該要轉(zhuǎn)變了——美國科學家們創(chuàng)造了一種氫化物材料，它竟然能在 15°C 的溫度下無電阻地導電！

在最新一期的《自然》雜志（Nature）封面上，也寫著一串激動人心的英文單詞：Superconductivity finally reaches room temperature（室溫下也終于能實現(xiàn)超導特性了）。

首個室溫超導體登上 Nature 封面！15°C 刷新紀錄，超高壓下展現(xiàn)超導特性

「室溫超導」有何意義？

首先回答一個問題：15°C 的溫度下出現(xiàn)超導現(xiàn)象，這意味著什么？

實際上，這是物理領域的一項重大突破！

上述所說的超導，是指超級導電——超導體或超導材料在某一溫度下電阻為零。但嚴格來講，只有同時具有上述零電阻效應和完全抗磁性兩種特性的物質(zhì)，才是科學意義上真正的超導體。

完全抗磁性通俗來講就是對磁場的排斥現(xiàn)象，于 1933 年由 Walter Meissner 和 Robert Ochsenfeld 兩位物理學家對錫單晶球超導體做磁場分布測量時發(fā)現(xiàn)，這種現(xiàn)象在科學界有個專業(yè)的名字——邁斯納效應（Meissner effect）。

究其歷史，科學家們最初發(fā)現(xiàn)超導體是在近一個世紀前。

1911 年，荷蘭物理學家?？恕た┝帧ぐ簝?nèi)斯（Heike Kamerlingh Onnes）等人利用液氦，將金和鉑冷卻到了 4.3K（-268.85 攝氏度）以下，發(fā)現(xiàn)鉑的電阻保持在一個常數(shù)水平。接著，他們將汞冷卻到 4.2K（-268.95 攝氏度）以下，發(fā)現(xiàn)其電阻幾乎為零，而這正是物質(zhì)的超導性。

1913 年，Heike Kamerlingh Onnes 又發(fā)現(xiàn)：錫和鉛也和汞一樣具有超導性。

同年，為表彰其對低溫物質(zhì)特性的研究，Heike Kamerlingh Onnes 獲諾貝爾物理學獎，后世也將他視為是低溫物理學的奠基人。

首個室溫超導體登上 Nature 封面！15°C 刷新紀錄，超高壓下展現(xiàn)超導特性

根據(jù)上述描述可以看到，“超導”這個詞出現(xiàn)時往往伴隨的是一個特定溫度，而這個溫度一般都是很低的，比如：

1973 年，科學家發(fā)現(xiàn)超導的鈮鍺合金，其臨界超導溫度為 23.2K（-249.95 攝氏度）；
1986 年，科學家發(fā)現(xiàn)一種陶瓷性金屬氧化物具有高溫超導性，臨界溫度可達 35K（-238.15 攝氏度），由此獲得了 1987 年的諾貝爾物理學獎；
1988 年，科學家發(fā)現(xiàn)汞系超導材料的臨界溫度達 135K（-138.15 攝氏度）；高壓條件下其臨界溫度將能達到 164K（-109.15 攝氏度）；
2015 年，科學家發(fā)現(xiàn)硫化氫在極高壓下在 203K （-70.15 攝氏度）的溫度下會發(fā)生超導相變，這一發(fā)現(xiàn)已經(jīng)是當時已知最高溫度的超導體了。

在實驗物理學中，一個長期存在的挑戰(zhàn)便是室溫超導，能真正發(fā)現(xiàn)「室溫超導體」的科研團隊可以說是諾獎級別的人物了。

據(jù)知乎答主“中國科普博覽”所說，近年來已經(jīng)陸續(xù)有不少科學家聲稱實現(xiàn)了「室溫超導體」，但實際情況都是證據(jù)不足甚至是造假——這些研究中聲稱發(fā)現(xiàn)的超導體被科學界稱為「可疑超導體」（Unidentifided Superconducting Objects）。

可見，能在 15°C 的溫度下發(fā)現(xiàn)超導現(xiàn)象，絕對是一大里程碑事件。