科技日?qǐng)?bào)記者 孫瑜

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)。

8月23日，騰訊新聞《一起來(lái)嘮科》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)院物理研究所研究員向濤、南京大學(xué)物理學(xué)院教授聞?；ⅰ⑶迦A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解讀2023年未來(lái)科學(xué)大獎(jiǎng)-物質(zhì)科學(xué)獎(jiǎng)，共話超導(dǎo)前沿議題。

(資料圖片)

室溫超導(dǎo)是超導(dǎo)研究者的夢(mèng)

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。

實(shí)際上，這兩項(xiàng)“發(fā)現(xiàn)室溫超導(dǎo)”的研究都不成熟。

“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?！睆埜淮罕硎尽?/p>

韓國(guó)團(tuán)隊(duì)論文演示視頻的截圖。圖源：中新網(wǎng)

“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?！毕驖f(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)”。

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，也稱為超導(dǎo)臨界溫度。臨界溫度比40K（40開(kāi)爾文，即零下233.15℃）高的材料，被認(rèn)為是高溫超導(dǎo)體。

目前超導(dǎo)臨界溫度的最高紀(jì)錄，是由美國(guó)科學(xué)家馬杜里·索馬亞祖魯在2019年宣布的。在190萬(wàn)個(gè)大氣壓下，十氫化鑭（LaH10）可在逼近室溫的260K（零下13℃左右）出現(xiàn)超導(dǎo)性。

“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。

歷史上的“室溫超導(dǎo)體”。圖源：中科院物理所

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

未來(lái)，我們會(huì)找到常壓下的室溫超導(dǎo)材料嗎？聞海虎認(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。”

“非同尋常的宣稱需要非同尋常的證據(jù)?！痹瑣狗灞硎?，至少面對(duì)下一次“宣稱”，希望研究者提供嚴(yán)謹(jǐn)科學(xué)的論證。

發(fā)現(xiàn)超導(dǎo)和應(yīng)用超導(dǎo)之間有距離

1911年，荷蘭物理學(xué)家?？恕た┝帧ぐ簝?nèi)斯發(fā)現(xiàn)在零下269℃的環(huán)境中，汞的電阻降為零，開(kāi)啟了物理學(xué)家們對(duì)于超導(dǎo)的研究之路。112年來(lái)，超導(dǎo)不斷帶給研究者驚喜與挑戰(zhàn)，也成為物理學(xué)研究中重要的研究方向。

為何如此多科學(xué)家癡迷超導(dǎo)研究，超導(dǎo)材料又有哪些重要應(yīng)用？

袁嵐峰指出，一切用到電和磁的地方都可以用到超導(dǎo)體。在輸電過(guò)程中，超導(dǎo)體因其“零電阻”特性可節(jié)約電能損耗。但在發(fā)現(xiàn)超導(dǎo)材料和應(yīng)用超導(dǎo)材料之間，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40K的超導(dǎo)材料?！痹瑣狗褰榻B，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?！?/p>

袁嵐峰說(shuō)：“這表明，將超導(dǎo)材料實(shí)用化花了30多年。較銅氧化物更晚發(fā)現(xiàn)的鐵基超導(dǎo)體，預(yù)期大規(guī)模應(yīng)用也得幾十年后了?！?/p>

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。

“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。”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?！凹词挂磺邪凑兆詈玫膭”景l(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?！毕驖烙?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?！蓖鮼営薇硎?，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，帶來(lái)新鮮想法和思路，“期待他們能夠做出超導(dǎo)領(lǐng)域?qū)＜易霾怀鰜?lái)的重大突破?！?/p>

超導(dǎo)研究需要熱愛(ài)與堅(jiān)持

圓桌討論會(huì)上，院士專家們向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、陳仙輝院士表示了熱烈祝賀。

銅氧化物超導(dǎo)體和鐵基超導(dǎo)體，是高溫超導(dǎo)材料里重要的兩類。在銅氧化物方面，趙忠賢領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊(duì)獨(dú)立發(fā)現(xiàn)了第一個(gè)液氮溫區(qū)的超導(dǎo)材料。在鐵基超導(dǎo)體方面，陳仙輝研究組首先將超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度提高到麥克米蘭極限之上，證明鐵基超導(dǎo)體確實(shí)是非常規(guī)的高溫超導(dǎo)體，而趙忠賢研究組創(chuàng)造了在塊狀材料中超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度的紀(jì)錄。

趙忠賢和陳仙輝對(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。

“熱愛(ài)”與“堅(jiān)持”是與會(huì)專家對(duì)趙忠賢和陳仙輝最深刻的印象。

張富春提到，趙忠賢院士是中國(guó)高溫超導(dǎo)領(lǐng)域的代表，也是研究高溫超導(dǎo)的帶頭人?！八男愿裰杏幸环N自信，對(duì)于自己相信的事情是堅(jiān)持不懈的，我認(rèn)為這對(duì)科學(xué)家，特別是實(shí)驗(yàn)物理學(xué)家而言是非常重要的。”

“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)?！毕驖貞?，“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，還是專注于他的超導(dǎo)研究?！?/p>

向濤感慨：“他們能取得成果并不是靠運(yùn)氣，而是靠堅(jiān)持和對(duì)理想的不懈追求?！?/p>

“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)?！甭労；⒄f(shuō)。他至今還記得，趙忠賢院士有一次走進(jìn)自己的辦公室說(shuō)，在超導(dǎo)研究很困難的時(shí)候，堅(jiān)持是最重要的，要在堅(jiān)持中積累經(jīng)驗(yàn)，完善條件，等待機(jī)會(huì)，實(shí)現(xiàn)突破。

王亞愚提到，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，說(shuō)的是趙忠賢院士的工作?！蓖鮼営藁貞?，自己受到激勵(lì)和影響，最后走上了高溫超導(dǎo)研究的道路。

王亞愚坦言，很多年輕學(xué)者包括自己，在事業(yè)初期都得益于陳仙輝院士的交流指導(dǎo)?！八傆泻芏嘈碌南敕ㄋ悸罚看魏退目傆行碌拇碳?，這讓我很受啟發(fā)。現(xiàn)在，陳老師組里的年輕人都發(fā)展得很好，我想也是因?yàn)樗o年輕人提供了很多無(wú)私的幫助?！?/p>

與會(huì)科學(xué)家們一致表示，希望通過(guò)對(duì)2023年未來(lái)科學(xué)大獎(jiǎng)“物質(zhì)科學(xué)獎(jiǎng)”獲獎(jiǎng)成果的解讀，讓更多人關(guān)注我國(guó)超導(dǎo)領(lǐng)域科研工作，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)作出新的貢獻(xiàn)。

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