美国科学家宣布:实现21℃室温超导
2023-03-11 11:13:54 作者:admin 文章来源:unknown 阅读次数:893
记者 金盈盈
美国罗切斯特大学的物理学家兰加·迪亚斯,7日在美国物理学会年会上说,他和他的团队实现了超导领域一个百年梦想:室温超导。
鉴于迪亚斯的过往,此事在社交媒体掀起热烈的科普和争论,这是一个惊世成就,还是一次造假?大多数人似乎持观望态度等待验证。
挤不进去的演讲室
内华达州拉斯维加斯,美国物理学会年会现场,大佬云集。7日下午,一场小会议室的演讲,惊动了许多人。会议室塞满了人,不得不赶走一些观众,保安在演讲前15分钟就不让人进了。
现场流出的照片显示,许多超导科学家以及长期质疑室温超导的科学家,进了会议室。可见正方反方都很关心。
社交媒体流传的文字聊天直播说:“APS(美国物理学会)安排失败。房间太小。”“门口看到好些个物理界的大佬都堵在门口不让进。”“门口保安一直晃手电,驱赶聚集的人群。”“保安持续吼叫中,驱赶人群。”
一场物理学演讲现场,怎么搞得热闹如晒谷场看戏文?社交媒体也跟着大肆吃瓜,吵吵闹闹地科普讨论转发,如“颠覆物理学”这种乱喊乱叫自然也没缺席。
科幻般的惊人成果
演讲没有提问环节,讲的是室温超导。
超导现象是荷兰物理学家海克·昂内斯及其团队在1911年发现的。超导体不仅近乎零电阻,还具有一种叫做迈斯纳效应的奇怪能力,可确保材料内部的磁场为零。第一个已知的超导体需要的温度,仅比绝对零度(-273.15℃)略高。
解释超导性的标准理论说,如果氢受到的压力足够大,在更高温度下也能成为超导体。科学家们在研究氢与另一种元素混合,可能对实现超导有帮助。
20世纪80年代,物理学家发现了“高温超导体”。2015年,德国美因茨马克斯普朗克化学研究所的物理学家米哈伊尔·埃雷梅茨报告,硫和氢混合,在约150万标准大气压下,在-70℃时变超导。2019年的数据是170万个大气压,-23℃。
超导体可应用于超导发电、输电和储能;可应用于超导计算机、超导天线和超导微波器件;可应用于磁悬浮列车、热核聚变反应堆等。
所以,实现“室温超导”,是材料学上极度惊人的革命,如梦如幻如科幻。
一个会变红的蓝色晶体
继7日的演讲后,更全面的解释8日在《自然》杂志网站上发表。
兰加·迪亚斯及其团队,使用了银白色的镥。在微小的容器中,将一块又小又薄的镥,压在两颗钻石间,将99%的氢气和1%的氮气泵入,使之高压,置于65.5℃的温度中,24小时后释放压力。
大约有三分之一的概率能得到一个蓝色晶体。迪亚斯说:“在氢化镥中掺入氮气并不那么容易。”
迪亚斯的研究生希兰娅·帕桑,上周在罗彻斯特大学的实验室,曾向记者展示过这种材料的色调变化。压力增加,蓝色晶体变红。
“它非常红,”迪亚斯说,“如果压力更高,会变鲜红色。”
迪亚斯宣布的这种新锻造的超导体,在21℃和约1万个标准大气压下,可零电阻地传导电流。
当然,1万个标准大气压,也是压力很大的,大约是马里亚纳海沟最深处压力的10倍。但从室温超导领域的进展上看,这简直不算什么了。
迪亚斯如此评价他的实验:“就像你在上世纪40年代骑着一匹马,看到一辆法拉利疾驰而过。”
“如果结果是正确的,这可能是超导史上最大的突破。”美国佛罗里达大学物理学家詹姆斯·哈姆林在“如果”的前提下,用了很多高级的词,“如果是真的,这是一个惊天动地的,开创性的,非常令人兴奋的发现。”
因“黑历史”失去的信任
并不是所有人都迷醉于这样惊人的故事,许多人想起了这个演讲者的“黑历史”,因而不信任他。哈姆林就泼了一瓢冷水:“我对那个小组的成果失去了一些信任。”
迪亚斯2003年在斯里兰卡科伦坡大学获得学士学位,2013年在美国华盛顿州立大学获得物理学博士学位,成为哈佛大学物理系博士后,接着进入了罗切斯特大学。
去年,他在2020年发表于《自然》杂志的论文,被撤稿了。
那篇论文中,氢、碳和硫混合,在267万个大气压下,实现15℃的超导转变。迪亚斯说,这是人类第一次室温下观察到超导现象。
但论文的磁化率数据被发现有问题。加州大学圣地亚哥分校的理论物理学家豪尔赫·赫希验证了数据,认为这是“一场科学骗局”,不是实验出错,而是学术不端。迪亚斯强烈不服,表示要消除这些指控。
他在哈佛时的论文也出过问题。当时他所在团队宣布合成出首个金属氢,论文在《自然》杂志发表后,研究团队又说,操作出错,样本没了。
赫希对温室超导的持久质疑,也引起超导界的不满。当他质疑迪亚斯时,一些科学家散发了一封信,抱怨赫希数十年来的破坏行为。
对迪亚斯这次公布的新成果,赫希说:“如果这是正确的,那就证明我过去35年的工作是错误的。我会很高兴。但我认为我是对的,这是错误的。”
迪亚斯回应说,这次的实验已多次重复,并有第三方观察和独立的验证。
■快报快访
新发现有多牛?离生活有多远?
学术界为什么持保留意见?
快报专访浙工大焦文鹤副教授
室温超导如果实现,是怎样性质的事件?它离我们的日常生活又有多远?快报记者采访了浙江工业大学理学院副教授焦文鹤,近几年他专注于新超导体和拓扑电子材料的研究。他说,身边的同事和朋友都对这个消息很关注,近两天他的朋友圈里都刷了屏,他也阅读了这篇论文,评价说:如果是真的,那一定是科学史上的里程碑事件。
“如果真的找到了接近室温的超导体,那肯定是诺奖级的发现。” 焦文鹤说,“这组数据太漂亮了,从数据上看没有可以反驳的点,不管是电阻、磁化率还是比热,说明是毫无疑问的超导体态。”
焦文鹤说,但文章中没有详细的实验细节。在实验室的材料合成过程中,一个细微的条件改变就可能会影响最终的产物。由于暂时还没有其他研究小组能够重复这一实验结果,目前对结果的可靠性还有待时间的检验。这个团队没有公布样品制备的条件和原始数据,这也是学术界暂时持保留意见的原因之一。
“能满足在高压、高温通气条件下进行样品合成的实验室并不多,所以重复这一实验有一定的门槛,即便有实验条件合成,没有样品,合成条件下的探索也需要一定的时间。”焦文鹤说。
如果新发现是真的,这种室温超导材料离实际使用还需要多久?
“广泛应用的关键在于要实现常温常压下的超导,并且可以做成线材、薄膜等。”焦文鹤说,根据实验结果,这种新材料的超导转变温度在约21℃的室温条件下,但仍需加压到大概1万个标准大气压,从科学研究角度,这已可以让许多精细测量变得更容易,但日常使用还是要尽量在常温常压下实现,而且材料的机械性能也是关键因素,不容忽视。
“实现室温超导材料的应用是人类的梦想,希望这一发现能为室温超导体应用的最终实现奠定基础。”他说,“我像许多科学从业者一样,希望这一发现能经受时间的检验。”