前不久，中國科學(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)和對轉(zhuǎn)變溫度的系統(tǒng)性提升所做出的開創(chuàng)性貢獻(xiàn)，榮獲2023年未來科學(xué)大獎——物質(zhì)科學(xué)獎。

近日，騰訊新聞《一起來嘮科》欄目邀請中國科學(xué)院大學(xué)卡弗里理論科學(xué)研究所所長張富春，中國科學(xué)院院士、中國科學(xué)院物理研究所研究員向濤，南京大學(xué)物理學(xué)院教授聞海虎，清華大學(xué)物理系教授王亞愚，中國科學(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，也稱為超導(dǎo)臨界溫度。臨界溫度比40開爾文(零下233.15攝氏度)高的材料，被認(rèn)為是高溫超導(dǎo)體。

在190萬個大氣壓下，十氫化鑭(LaH10)可在逼近室溫的260開爾文(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。”張富春說。高溫超導(dǎo)材料在能源、量子計算、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。如果能實現(xiàn)室溫超導(dǎo)，無疑將大大降低工業(yè)應(yīng)用成本。

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

關(guān)于在未來我們能否找到常壓下的室溫超導(dǎo)材料這一問題，聞海虎認(rèn)為，“沒有任何理論否定可能會找到常壓下的室溫超導(dǎo)體，也就是說，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。

3月7日，來自羅切斯特大學(xué)的蘭加·迪亞斯副教授團隊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，韓國一項研究聲稱發(fā)現(xiàn)全球首個室溫超導(dǎo)材料LK-99，引發(fā)廣泛討論。

“我個人沒有把這兩項研究太當(dāng)真，因為他們的研究沒有給出嚴(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。

“韓國的研究都沒有正式在物理期刊上發(fā)表，也沒有一個證據(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。在他看來，韓國團隊的研究談不上被判“死刑”，它是一個“假象”，從開始就“沒活過”。

不少人相信，發(fā)現(xiàn)室溫超導(dǎo)體將帶來新一輪工業(yè)革命。但事實上，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。”

針對室溫超導(dǎo)能不能引起一場工業(yè)革命得考慮穩(wěn)定性和成本這一問題，向濤認(rèn)為，如果室溫超導(dǎo)體穩(wěn)定性好，成本不高，應(yīng)能帶來一場工業(yè)革命。袁嵐峰則認(rèn)為，不宜將預(yù)期抬得過高。“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關(guān)鍵問題：一個是凝聚態(tài)物理學(xué)界“皇冠上的明珠”高溫超導(dǎo)機理難題;另一個則是找到更多高溫超導(dǎo)甚至室溫超導(dǎo)體。

“過去40年的經(jīng)驗表明，發(fā)現(xiàn)新超導(dǎo)體的周期在變短，或者說頻率在加快。”向濤估計，未來發(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)問題。

超導(dǎo)研究需要熱愛與堅持

“熱愛”與“堅持”是與會專家對2023年未來科學(xué)大獎“物質(zhì)科學(xué)獎”獲獎?wù)呲w忠賢和陳仙輝最深刻的印象。

趙忠賢、陳仙輝院士對于高溫超導(dǎo)的物理機制做了大量系統(tǒng)性的研究，在過去數(shù)十年內(nèi)推動了高溫超導(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年代幾乎沒有什么實驗條件的情況下，他都沒放棄過。”向濤回憶道，“陳仙輝院士也是這樣。21世紀(jì)初，國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成效的研究去了，但陳院士沒有，依然專注于他的超導(dǎo)研究。”

“熱愛和堅持是做好科學(xué)研究的根本。趙忠賢院士幾十年如一日，堅持在新型高溫超導(dǎo)材料方面工作，就體現(xiàn)了這一點。”聞海虎說。

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

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