前不久，中國(guó)科學(xué)院院士趙忠賢、陳仙輝因?qū)Ω邷爻瑢?dǎo)材料的突破性發(fā)現(xiàn)和對(duì)轉(zhuǎn)變溫度的系統(tǒng)性提升所做出的開(kāi)創(chuàng)性貢獻(xiàn)，榮獲2023年未來(lái)科學(xué)大獎(jiǎng)——物質(zhì)科學(xué)獎(jiǎng)。

近日，騰訊新聞《一起來(lái)嘮科》欄目邀請(qǐng)中國(guó)科學(xué)院大學(xué)卡弗里理論科學(xué)研究所所長(zhǎng)張富春，中國(guó)科學(xué)院院士、中國(guó)科學(xué)院物理研究所研究員向濤，南京大學(xué)物理學(xué)院教授聞?；?，清華大學(xué)物理系教授王亞愚，中國(guó)科學(xué)院科學(xué)傳播研究中心副主任袁嵐峰共話超導(dǎo)前沿議題。

常壓下的室溫超導(dǎo)不存在理論障礙

超導(dǎo)體是在特定溫度以下“電阻為零”且具有“完全抗磁性”的材料。特定溫度，也稱(chēng)為超導(dǎo)臨界溫度。臨界溫度比40開(kāi)爾文(零下233.15攝氏度)高的材料，被認(rèn)為是高溫超導(dǎo)體。

在190萬(wàn)個(gè)大氣壓下，十氫化鑭(LaH10)可在逼近室溫的260開(kāi)爾文(零下13攝氏度左右)出現(xiàn)超導(dǎo)性。這也是目前超導(dǎo)臨界溫度的最高紀(jì)錄。

“室溫超導(dǎo)是超導(dǎo)研究者的夢(mèng)。”張富春說(shuō)。高溫超導(dǎo)材料在能源、量子計(jì)算、磁懸浮交通、核聚變等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，但維持低溫環(huán)境的成本很高。如果能實(shí)現(xiàn)室溫超導(dǎo)，無(wú)疑將大大降低工業(yè)應(yīng)用成本。

據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，歷史上聲稱(chēng)室溫超導(dǎo)(接近或高于300開(kāi)爾文)的次數(shù)不少于7次，都未得到證實(shí)或被學(xué)界質(zhì)疑。

關(guān)于在未來(lái)我們能否找到常壓下的室溫超導(dǎo)材料這一問(wèn)題，聞?；⒄J(rèn)為，“沒(méi)有任何理論否定可能會(huì)找到常壓下的室溫超導(dǎo)體，也就是說(shuō)，常壓下的室溫超導(dǎo)不存在理論上的障礙。”

發(fā)現(xiàn)新超導(dǎo)體的周期在變短

室溫超導(dǎo)在今年引發(fā)了兩次震動(dòng)。

3月7日，來(lái)自羅切斯特大學(xué)的蘭加·迪亞斯副教授團(tuán)隊(duì)宣稱(chēng)在一種摻氮的镥氫化物中發(fā)現(xiàn)近常壓下的室溫超導(dǎo)。7月底，韓國(guó)一項(xiàng)研究聲稱(chēng)發(fā)現(xiàn)全球首個(gè)室溫超導(dǎo)材料LK-99，引發(fā)廣泛討論。

“我個(gè)人沒(méi)有把這兩項(xiàng)研究太當(dāng)真，因?yàn)樗麄兊难芯繘](méi)有給出嚴(yán)肅的證據(jù)，且研究數(shù)據(jù)處理得很不認(rèn)真。”張富春表示。

“韓國(guó)的研究都沒(méi)有正式在物理期刊上發(fā)表，也沒(méi)有一個(gè)證據(jù)能證明LK-99是超導(dǎo)體。它提供的視頻中，LK-99樣品一端是接在磁鐵上的，根本不能證明樣品有抗磁性。”向濤說(shuō)。在他看來(lái)，韓國(guó)團(tuán)隊(duì)的研究談不上被判“死刑”，它是一個(gè)“假象”，從開(kāi)始就“沒(méi)活過(guò)”。

不少人相信，發(fā)現(xiàn)室溫超導(dǎo)體將帶來(lái)新一輪工業(yè)革命。但事實(shí)上，在超導(dǎo)材料的發(fā)現(xiàn)和應(yīng)用之間，仍有不小的距離。

“核聚變領(lǐng)域目前應(yīng)用的還是特別古老、臨界溫度還不到40開(kāi)爾文的超導(dǎo)材料。”袁嵐峰介紹，受成本和具體使用環(huán)境的制約，“20世紀(jì)80年代發(fā)現(xiàn)的銅氧化物高溫超導(dǎo)材料，直到最近幾年才在核聚變領(lǐng)域得到小規(guī)模使用。”

針對(duì)室溫超導(dǎo)能不能引起一場(chǎng)工業(yè)革命得考慮穩(wěn)定性和成本這一問(wèn)題，向濤認(rèn)為，如果室溫超導(dǎo)體穩(wěn)定性好，成本不高，應(yīng)能帶來(lái)一場(chǎng)工業(yè)革命。袁嵐峰則認(rèn)為，不宜將預(yù)期抬得過(guò)高。“即使一切按照最好的劇本發(fā)展，室溫超導(dǎo)體成本低、穩(wěn)定性好，恐怕大規(guī)模應(yīng)用也得數(shù)十年。”

目前，超導(dǎo)研究者們正努力探索兩個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題：一個(gè)是凝聚態(tài)物理學(xué)界“皇冠上的明珠”高溫超導(dǎo)機(jī)理難題;另一個(gè)則是找到更多高溫超導(dǎo)甚至室溫超導(dǎo)體。

“過(guò)去40年的經(jīng)驗(yàn)表明，發(fā)現(xiàn)新超導(dǎo)體的周期在變短，或者說(shuō)頻率在加快。”向濤估計(jì)，未來(lái)發(fā)現(xiàn)新高溫超導(dǎo)材料的可能性在變大。

“有意思的是，很多新超導(dǎo)體是由不做超導(dǎo)的研究人員發(fā)現(xiàn)的。”王亞愚表示，希望科學(xué)界其他領(lǐng)域的科學(xué)家們關(guān)注超導(dǎo)問(wèn)題。

超導(dǎo)研究需要熱愛(ài)與堅(jiān)持

“熱愛(ài)”與“堅(jiān)持”是與會(huì)專(zhuān)家對(duì)2023年未來(lái)科學(xué)大獎(jiǎng)“物質(zhì)科學(xué)獎(jiǎng)”獲獎(jiǎng)?wù)呲w忠賢和陳仙輝最深刻的印象。

趙忠賢、陳仙輝院士對(duì)于高溫超導(dǎo)的物理機(jī)制做了大量系統(tǒng)性的研究，在過(guò)去數(shù)十年內(nèi)推動(dòng)了高溫超導(dǎo)領(lǐng)域的發(fā)展。

“趙忠賢院士大學(xué)畢業(yè)后就在做超導(dǎo)研究，即使在20世紀(jì)60—70年代幾乎沒(méi)有什么實(shí)驗(yàn)條件的情況下，他都沒(méi)放棄過(guò)。”向濤回憶道，“陳仙輝院士也是這樣。21世紀(jì)初，國(guó)家在科技方面的投入不斷增加，很多做材料探索的人轉(zhuǎn)行做一些短期更容易見(jiàn)成效的研究去了，但陳院士沒(méi)有，依然專(zhuān)注于他的超導(dǎo)研究。”

“熱愛(ài)和堅(jiān)持是做好科學(xué)研究的根本。趙忠賢院士幾十年如一日，堅(jiān)持在新型高溫超導(dǎo)材料方面工作，就體現(xiàn)了這一點(diǎn)。”聞?；⒄f(shuō)。

王亞愚表示，趙忠賢和陳仙輝院士激勵(lì)并推動(dòng)了青年一代超導(dǎo)領(lǐng)域研究者的發(fā)展。“我上中學(xué)的時(shí)候，時(shí)事政治就考到中國(guó)科學(xué)家在高溫超導(dǎo)領(lǐng)域取得重要突破。”他回憶，自己受到激勵(lì)和影響，走上了高溫超導(dǎo)研究道路。

與會(huì)科學(xué)家們一致表示，希望更多人關(guān)注我國(guó)超導(dǎo)領(lǐng)域科研，期待更多年輕人熱愛(ài)科學(xué)，投身科學(xué)，為我國(guó)科學(xué)事業(yè)發(fā)展作出新的貢獻(xiàn)。

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