刷屏的“室温超导”到底是个啥?离造福人类还有多远?

  这几天,在室温条件下实现超导的消息引发全球关注和热议。事情的起源是,3月8日,《自然》杂志刊登了美国罗彻斯特大学迪亚斯团队的一篇论文,讲的是该团队合成了一种“镥-氢-氮”的三元化合物,能在近常压和室温条件下实现超导。2天的时间里,围绕这一成果的消息和解读在各大媒体和社交平台实现刷屏式“讨论”。

  超导是导体在某一温度下,电阻为零的状态。1911年,荷兰物理学家昂内斯发现,当温度降低至约-268℃时,汞的电阻降为了0。超导的大门由此被打开。汞成为人类发现的第一个超导体。

  1933年,德国物理学家迈斯纳在对进入超导态的锡或铅金属球做磁场分布测量时发现,当材料进入超导态后,其内部的磁场会迅速被排出体外,磁场只在超导体外部存在,超导体展现出完全抗磁性。这就从另一方面代表着,除了零电阻的特性,超导体还有完全抗磁性的特征。

  此后100多年的时间里,数以千计的超导材料不断被发现,包括单质金属、合金、过渡金属硫族化物/磷族化物等。但这些材料实现超导的前提是极冷的温度或超高压力,这就从另一方面代表着这些实验材料无法用于长期、常规的应用。所以,寻找近环境条件下(室温、常压)的超导材料一直是超导领域的梦想。

  尽管超导材料有成千上万种,但真正实用化的超导材料并不多,大致上可以分为低温超导、高温超导。

  早期,超导体被普遍的使用在强磁体、超导量子计算机、高灵敏探测器等诸多重要领域。如今,超导已经走进我们的生活,如高温超导滤波器已被应用于手机和卫星通讯,并显著改善了通信质量;超导量子干涉器件(SQUID)装备在医疗设施上使用,则加强了对人体心脑探测检查的精确度和灵敏度;世界上首个超导示范变电站也已在我国投入电网使用……

  不仅如此,超导技术的应用场景范围十分广阔,在输电、电机、交通运输、航天、微电子、电子计算机、通信、核物理、新能源、生物工程、医疗以及军事装备等领域,都已展现出灿烂夺目的前景。

  中科院物理所研究员中科院物理所研究员罗会仟撰文表示,对物理学家而言,室温是有明确定义的,即300K,约相当于27℃。该论文的关键结果是碳-硫-氢(C-S-H)三元体系在267GPa左右能轻松实现288K左右的超导电性,对应温度为15℃。超导材料的Tc(临界温度),被首次突破到0℃以上,尽管距离室温300K还有一步之遥,论文的题目已经大大方方用了“室温超导”字样。

  上海市高温超导重点实验室主任、上海大学教授蔡传兵认为,迪亚斯这次的研究成果有两个亮点,第一是把原来所需的极端高压267GPa变成了一个相对低的压力1GPa。第二个亮点是,这次迪亚斯采用了一个新的元素组合,引入了稀土金属——镥元素(Lu,Lutetium),合成了三元氢化物(N-Lu-H),和他以前采用的碳硫氢化物不同。这次迪亚斯展示出的研究成果有一定可靠性,但室温超导所需的1GPa压力仍属于高压范畴,距离实际应用仍非常遥远。

  上海交大教授洪智勇认为,迪亚斯教授最新的实验结果,即便数据验证为真实的,也不可能做成实用化导线。“虽然最新的实验把超高压强从200多万个大气压降到了1万个大气压,但在地表大范围、长距离地实现高温超导(-196℃以上),比实现1万倍大气压更容易、更便宜。”

  中科院物理所在微信公众号文章中表示,从文章来看,这项工作无疑是突破性的,相关证据也很充足,如果能重复出来,搞不好未来能发诺奖。但物理学的研究终究不是一家之言,任何科学研究都应该经得起验证,这个也不例外,这项工作势必要经过行业内各个研究组的重复,如果经过多次重复之后,确定该结果的正确性,那将是划时代的工作。我们今年诺奖预测也就有底气了。

  南京大学物理学教授刘俊明表示,目前,高压下超导温度提高的物理图像是很清楚的,因为BCS理论就在那里。只要其他课题组能够重复,就是巨大成果。这篇文章去年4月份就送审《自然》了,能够发表出来,说明作者、编辑和审稿人都有一定的信心。毕竟,Dias博士已经吃过一次亏,这一次不应该还是故态重来。但曾经质疑过Ranga Dias团队成果的Hirsch教授,也是国际知名的氢化物超导电性专家。他的质疑应该是定量意义上的,似乎也有可信度。且看这一次Dias和Hirsch谁对谁错。无论如何,这一事件应该会给物理学史添上不错的一笔,一定意义上呈现了自然科学的魅力所在。

  伊利诺伊大学芝加哥分校的材料化学家罗素·赫姆利说:“这是一项出色的研究。就超导性的证据而言,所提供的数据是非常有力的。”

  罗会仟在接受各个媒体采访时表示,目前国内超导领域的研究,其中重要的一种原因是对于新超导材料的探索,最早可追溯至1960-1970年代。

  1980年代,在瑞士科学家发现铜氧化物高温超导现象后,在中科院物理所赵忠贤老师为代表的团队带领下,很快发现了90 K(-183摄氏度)以上铜氧化物高温超导现象。钇钡铜氧化合物的转变温度达到了92 K,打破了液氮77 K(-196摄氏度)的温度堡垒。

  2008年3月,中科大陈仙辉研究组和中科院物理所王楠林研究组同时在铁基中观测到了43K和41K的超导转变温度,突破了麦克米兰极限,证明了铁基超导体是高温超导体。紧接着,中国科学家团队不仅率先使转变温度突破了50K,并发现了一系列50K以上的超导体,也创造了55K的铁基超导体转变温度纪录,被国际物理学界公认为第二个高温超导家族。

  罗会仟表示,中国在超导的一些研究方向上,目前已经做到了世界领先水平。赵忠贤院士带领团队将铁基超导体的临界温度提高到了55K,推动中国高温超导研究走在世界最前沿。(光明网记者宋雅娟,综合整理自中科院物理所、腾讯新闻、界面新闻等)

  作为一种绿色低碳、可循环利用的可再次生产的能源,地热能可大范围的应用于发电、温室种植、食品烘干、建筑物供暖和制冷等领域。

  全球进入大科学时代,科学研究的复杂性、系统性、协同性明显地增强,国际合作正在成为推动科学技术创新的一个“必选项”。

  习在中央政治局第三次集体学习时强调,要加强国家科普能力建设,深入实施全民科学素质提升行动,线上线下多渠道传播科学知识、展示科技成就,树立热爱科学、崇尚科学的社会风尚。

  18日晚,第81届世界科幻大会在四川成都拉开序幕。这是世界科幻大会首次在中国举行,成都也因此成为中国首个举办世界最高规格科幻盛会的城市。

  “数字经济发展速度之快、辐射范围之广、影响程度之深前所未有,正在成为重组全球要素资源、重塑全球经济结构、改变全世界竞争格局的关键力量……”

  经过调研分析,大家一致认为:制种玉米收获必须立足国情,兼顾高质和高效,走“商品玉米、制种玉米兼收,果穗收获和扒皮作业集成”的高性价比技术路子。

  利用化学诱变成功创制出低镉突变体lcd1,在全国率先培育出可大面积推广应用的早、中、晚低镉水稻新品种。

  库布其沙漠新能源基地桩头防腐刷漆作业现场。库布其沙漠新能源基地,工人正在进行光伏板安装作业。

  日前,青海省人民政府办公厅出台《关于促进科技成果转化的若干措施(暂行)》(以下简称《若干措施》),包括增加科技成果有效供给、激发科技成果转化动力等4方面22条措施。

  据悉,该系统将建成最高优于10米网格的全球高精度数字高程数据库,为国民经济建设和发展提供高精度地理信息服务。

  随着新型储能产业蓬勃发展,各地纷纷加大布局。今年上半年,我国新型储能装机规模持续迅速增加,已投运项目数量达850个,是去年同期的2倍多;已投运新型储能累计装机量达20GW,其中,2022年装机量为13.1GW,今年上半年装机量为6.9GW。兴储世纪科技股份有限公司总裁助理刘继茂表示,2022年,全球新增投运电力储能项目装机规模达30.7GW,同比增长98%。

  近日,6部门联合印发《算力基础设施高水平质量的发展行动计划》,其中提出打造一批算力新业务、新模式、新业态,深化算力赋能行业应用。今年以来,AI成为全球科技产业的热门领域,上百家公司、机构相继发布大语言模型相关这类的产品,AI应用在大模型领域打开新局面。

  WEEE论坛总干事帕斯卡·勒罗伊称,“隐形”电子垃圾因其性质或外观未受重视,因此消费者忽视了其可回收潜力。研究之后发现,去年全世界丢弃了9.5亿公斤电缆,其中含有珍贵且易于回收的铜,这些电缆足以绕地球107圈。

  记者从北京大兴国际机场获悉,10月11日上午,大兴机场年旅客吞吐量突破3000万人次。日前,大兴机场荣获国际机场理事会(ACI)多项大奖,并连续两年获得中国民用机场协会1000万以上吞吐量服务的品质优秀机场奖。

  秋季是呼吸道传染病的高发季节。近期,儿童支原体肺炎等呼吸道传染病发病率有所上升,如何科学防治呼吸道传染病?国家卫健委日前组织专家回应社会关切。

  全国首个国土空间规划编制作业规程——《省级国土空间规划编制作业规程》国家标准(以下简称《规程》)近日批准发布,将于2024年1月1日起实施。

  近年来,我国在粮食生产、收获、储备、加工等环节,积极采用新技术、新设备,使粮食损失率大大降低。

  要继续为科研人员“减负赋能”,让广大科研人才的创新活力竞相迸发、聪明才智充分涌流,创造出更多新知识、新技术、新发明最近,不少地方相继推出减轻科研人员负担的政策举措。

  在杭州亚组委举办的亚运村媒体开放日活动上,媒体记者体验AR智能巴士。走进杭州亚运会信息技术指挥中心,一张智慧大屏上,从杭州亚运会各场馆及赛事、活动现场实时汇集而来的数字不断跳动。

  但与此同时,我国水问题的复杂性和治水的艰巨性不容忽视,与构建现代化高质量基础设施体系要求相比,我国水利工程体系有待加强完善,国家水网总体格局尚未完全形成,需要加快构建国家水网。国家水网之“目”主要指区域性河湖水系连通工程和供水渠道,重点解决区域性水资源空间分布不均问题。