新聞分析:室溫超導研究是必拿諾貝爾獎的“歷史性突破”嗎?

2023-03-13 15:09 新華網責任編輯：陳曦

新華社倫敦3月12日電新聞分析:室溫超導研究是必拿諾貝爾獎的“歷史性突破”嗎?

新華社記者郭爽

近日,美國羅切斯特大學蘭加·迪亞斯研究團隊宣布研發出一種在室溫和相對較低壓力條件下表現出超導性的材料。有學者稱,這可能是超導歷史上的最大突破,但也有不少學者對此持觀望態度。盡管室溫超導是材料學界長期追求的“圣杯”,但由于該研究團隊的“前科”,這一成果能否得到認可,還有待驗證。

材料學界的“圣杯”

超導體是指在特定溫度下可實現電阻為零的導體,是一種比常規導體更為優越的無損耗導電材料。電流流經超導體,既不會發熱,也不會出現壓降,因此電流可以無衰減地在超導體中流動。

刊發研究報告的英國《自然》雜志8日評論說,盡管超導性聽起來很有前途,但這種狀態目前只能在低溫或非常高的壓力下實現,而這兩種情況都不適合許多應用場景,也大大限制了它們的大規模應用。

長期以來,尋找一種可以在環境條件下超導的材料一直是材料學研究的焦點。但自從1911年發現超導性以來,科學界一直未能破解室溫超導性的密碼。因此,迪亞斯團隊宣布發現的近常壓的室溫超導體才如此引發關注。

迪亞斯研究團隊發現的室溫超導材料是由氮、氫和镥組成,可在約20.6攝氏度的溫度和10千巴(相當于標準大氣壓的1萬倍)的壓力下表現出超導性。

不過,研究論文也指出,還需要進一步的實驗和模擬來確定氫和氮的確切化學計量及其各自的原子位置,以進一步了解該材料的超導狀態。

超導材料應用具有廣泛前景

“在我們日益電氣化的世界中,如果擁有在室溫和環境壓力下能夠以零電阻導電的材料,那么這種材料的影響將是驚人的——想象一下,將電力傳輸數千公里而基本上沒有損失。”《自然》雜志說。

研究人員表示,這種超導材料的研發預示著室溫超導體及應用技術的曙光到來。這將使超導電子消費產品、能量傳輸以及磁約束聚變的改進等成為現實。

很明顯,如果電線都采用超導體,那就不會存在能量衰減,超導體的意義顯而易見。現階段使用的特高壓輸電技術,其實就是提高輸電線的電壓,來盡可能降低能量損耗。如果使用了超導電線,將完全不存在這個問題,徹底改寫整個行業,比如可以直接以市電電壓傳輸電力,完全不需要變電站。

事實上,超導體在日常生活中已經有了應用,醫院的核磁共振設備便采用了超導體,這就涉及了超導體的另一重大應用方向,即產生大磁場。利用電流可以得到磁場,電流越大,磁場越強。然而,電流傳輸過程中由電阻導致產生的焦耳熱會損耗相當一部分電能,由此超導體的意義就變得顯而易見了。

團隊“前科”讓人存疑

盡管研究成果轟動科學界,但目前很多人仍對這個結果持觀望態度。一方面是因為重復實驗結果還沒出來,另一方面則是迪亞斯團隊的“前科”。

《自然》雜志評論指出,迪亞斯研究團隊的“這些測量都是一致且全面的。然而,研究作者的發現毫無疑問會引發爭議,因為同一團隊的研究人員此前關于室溫超導性的研究報告被撤回”。評論強調:“對材料、其特性和制造過程的獨立測量將有助于消除對研究結果的任何疑慮。”

迪亞斯曾經兩次聲稱在超導領域實現了遠超同行的跨越式突破,但都沒有得到其他研究團隊重復驗證。此前,迪亞斯首先宣稱自己在高壓下合成了金屬氫,相關文章發表在美國《科學》雜志上,但其他研究組未能重復驗證,而他本人后來宣稱,由于保存不當,保存金屬氫的裝置壓力泄露,最終金屬氫因為壓力不足汽化消失了。后來,迪亞斯也沒有再合成金屬氫。由此,金屬氫成了一樁“懸案”。

此后,2020年秋季,迪亞斯團隊的研究再次引發轟動,他們在《自然》雜志論文中報告了一種含碳、硫、氫的化合物在約15攝氏度下表現出超導性能。但后續多個研究組試圖重復該實驗未果,并由于迪亞斯未披露原始數據,多人認為其在磁化率的數據處理中使用了錯誤的方法,得到了并不能算正確的結論。2022年9月,《自然》雜志編輯部因這一論文實驗數據遭質疑等原因撤掉了這篇論文。

不過,由于此次研究所需的壓強在實驗室條件下相對容易實現,其他研究團隊重復驗證這一成果的門檻并不高。如果新實驗的結果能被其他研究團隊復制,那這一成果就可能是“革命性”的,將有望沖擊諾貝爾獎,而如果多個實驗室都無法復現,那大概率又是一顆“空衛星”。畢竟,任何科學研究都不是一家之言,必須能夠經得起驗證。

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