那些年的室温超导疑云,后来都怎么样了?
在科学探索的漫漫长路上,室温超导一直是那座令无数科研人员心驰神往却又难以企及的高峰。近年来,韩国的室温超导“LK-99”成为了科学界的焦点话题,各大媒体平台对它关注有加,超导学界更是加紧了复现工作。但实验与理论结果的巨大分歧让其前景如雾里看花。其实,在超导研究的百余年历史中,像“LK-99”这样引发争议的材料并非个例。那么,世界上一共有过多少种疑似室温超导体?它们的后续又究竟如何呢?
时间回溯到2020年10月,美国迪亚斯团队有一项室温超导“成果”发表在《自然》上,声称绿色激光诱导合成的碳硫氢(C-S-H)化合物在267GPa压强下超导转变温度高达288K。
然而,后续同行质疑实验数据遭篡改,历经波折后论文于 2022 年9月被撤稿。2023年3月,该团队的镥氮氢(Lu-N-H)化合物研究重蹈覆辙,声称在1GPa压强下实现294K室温超导,同样因无法被广泛重复且迪亚斯被疑学术不端,该篇论文也被撤稿。
实际上,此前就有很多声称找到了室温超导体的例子。例如,2018 年印度科研人员声称的纳米银粉加入金纳米阵列中可以获得236K的超导电性,其数据被麻省理工的斯金纳质疑,因为实验数据的噪音模式是一样的,这在真实的实验中是不可能的。2016年科斯塔迪诺夫声称找到了转变温度为373K的超导体,但是并未公布超导体的组分和制备过程,以一种保密的姿态没了后续。以及2012年有团队宣布经过纯水特殊处理的石墨粉,在300K常压下具有超导电性;2003年有团队声称n型金刚石与电极、真空耦合后,能在常温常压下拥有超导相等研究,均因各种问题未能在科学界站稳脚跟。
为何室温超导材料的验证如此艰难?
关键在于新超导材料的认定需满足两个条件:既需要作者给出令人信服的数据,又需要其他同行能够重复出同样的效果。要想确定一种新材料是否具有超导性,总需要用一台仪器对一块样品做点什么。因此,对疑似超导体的验证工作至少可以分成两大部分:获得一块高质量的样品和对样品完成测试。
制备高质量超导样品,需高纯原料、复杂的烧结条件以及难以言说的经验和一些运气。如若获得堪用的样品,怎样用它测出有说服力的数据同样是一件技术活。
常压超导的样品测起来简单些,但也要有很多步骤:
1、清洁打磨:需用细砂纸打磨样品,力度要适中,过轻杂质未剥离会产生假信号,过重样品会破碎。
2、电极黏贴:几毫米长样品打磨后要并排黏4根导电电极,采用类似中学伏安法电压表内接方式测电阻,电极要平行等长且间距合适。
3、操作时效:从打磨到黏电极的精细操作必须迅速完成,防止样品在空气中氧化变质致前功尽弃。
高压超导的验证则会更困难。
1、实验条件苛刻:上百万倍大气压强的实验条件劝退大部分实验室参与验证。
2、测试技术复杂:需给样品均匀施加并传导压力,同时不能损坏样品;要将样品连同加压装置一起冷却、加磁场;从加压机构引出 4根导线连接测试设备的电压表和电流表;压制复杂装置和极端条件产生的噪声信号等。
那么,室温超导体究竟会出现在哪种材料上呢?
在众多研究方向中,超氢化物是室温超导的希望之星。依据 BCS 理论,氢元素因原子质量轻,对提升超导临界温度至关重要。制备金属氢虽理论可行,但需数百万大气压,至今无人成功。唯一宣称成功的迪亚斯也因样品保存不当气化消失而沦为悬案。
于是,科学家转向了稀土氢化物,其中La-H体系的LaH10在165万大气压下实现约252K(-13℃)超导,成为目前临界温度最高的超氢化物。当前稀土富氢化物研究以二元体系为主,三元体系也渐受瞩目,不过其所需高压环境使其难以走向实际应用。
或许,未来会有更多的“室温超导材料”出现又被证伪;或许,常压室温超导根本就不存在,但人类对温和条件下超导的探索不会停止。这是工程学的期盼,也是科学的追求。随着实验技术的进步和基础理论的突破,未来会有更多的“室温超导材料”出现。