這兩天，室溫超導領域的一項最新進展在物理圈“炸裂”，引發全球媒體和公眾廣泛關註：美國羅切斯特大學助理教授迪亞斯等人合成了一種神奇材料，能在21℃室溫、僅1萬個大氣壓的條件下展現超導性能。比起過往超導材料，這項進展簡直就是一步千里。
一時間，媒體驚呼：“常壓室溫超導有希望了！”“未來能源和電力技術革命即將到來！”比起公眾的興奮和媒體的熱情，科學家們保持着清醒與理性，在“究竟是驚天烏龍，還是諾獎級發現”的猜測之間，同行首先要做的就是重複其實驗結果。畢竟，無法重複的實驗很難具有強大的說服力。
然而，要重複這項迪亞斯本人聲稱只有30%成功率的神奇實驗究竟有多難？需要多久時間去驗證？記者就此請教了國內相關專家。
室溫超導真的來了？
3月8日，迪亞斯等人在美國物理學會三月會議上宣布發現“近常壓室溫超導”材料，一種由鑥-氮-氫構成的三元化合物，在1萬個大氣壓（1gpa）下可以實現最高溫度為294k（即21℃）的超導電性。3月9日，國際著名學術期刊《自然》雜誌發表了該團隊的論文。
“根據物理學的嚴格定義，室溫應該指300k，即27℃；高壓則比較寬泛，可以是超過1gpa甚至更高的壓力。”中國科學院物理研究所研究員羅會仟說，按照這一定義，迪亞斯此次發現的材料算得上“近常溫、低高壓”，畢竟1萬個大氣壓相當於2000頭非洲象踩在一個人的背上。
不過，比起之前科學家發現的超導材料，這一全新的超導化合物已經有了“一躍千里”的進步。此前材料的超導性能往往需要在零下百餘攝氏度的低溫，或200gpa左右壓力條件下才能顯現。與近年來不少超導科學家尋找新材料的手法類似，迪亞斯採用人工智能技術，對相關材料結構進行計算與篩選，從中選定了這一化合物。
如果人類找到可以在常溫常壓下使用的超導材料，那麼遠距離電力運輸將不再有能量的巨大損失，還可以製造出強大的磁鐵，用於長途磁懸浮列車、磁共振成像等。因此，尋找到能在日常環境下使用的常壓室溫超導材料是超導研究者的終極夢想之一。
“尋找一種能在日常環境下使用的超導材料，一直是材料研究的重點。”《自然》雜誌在為迪亞斯的成果配發的評論中提到，儘管作者提供的測量數據一致而全面，但仍會引起很大爭議，“需要進一步的研究來確認這種材料是一種高溫超導體……或許它是通過一種尚未發現的新機制來驅動的”。
同行重複實驗是關鍵
就在大眾議論紛紛、超導概念股大漲之際，全球物理學同行們已開始着手重複迪亞斯的實驗，其中包括國內的一些實驗室。在自然科學領域，“可重複性”對於驗證科學發現的真偽至關重要。
然而，重複迪亞斯的實驗並非易事。羅會仟認為，重複實驗的最大困難在於獲得鑥-氮-氫三元化合物。眾所周知，元素越輕，操作難度越大。迪亞斯以申請專利為由，並沒有透露材料合成的細節，這就為同行重複實驗帶來了一定挑戰。
可能是吸取了2020年撤稿的教訓，這次迪亞斯拿出了比較多的實驗證據來支持結論，除了零電阻和抗磁性的測量結果，甚至還給出了比熱和拉曼光譜的實驗結果。
其實，迪亞斯的實驗室從事的是高壓物理研究，將高壓物理用於超導材料的發現，可謂是“跨界”。因為，一般從事超導材料研究的實驗室，很少具備超過100 gpa的高壓實驗條件。
“儘管測試這種材料，只需要1gpa的壓力設備，目前已有商用產品，但在合成材料中需要怎樣的壓力和溫度條件，還有具體的原料組成就不得而知了。”羅會仟說，每個實驗室都會有一些材料合成的“不傳之秘”。
就在這兩天，已有研究小組嘗試在鑥-氫化合物上觀測超導性能，但這種材料並未有特別表現。然而，加入氮元素之後，真的會讓材料的超導性能有顛覆性的轉變嗎？大家拭目以待。
無法重複就是造假？
如果同行無法獲得鑥-氮-氫三元化合物，或無法重複出迪亞斯的實驗結果，是否意味着這位原本就爭議纏身的學者又一次製造烏龍？
“實驗無法重複是經常發生的，但一般只有特別重要的實驗，才會讓很多同行都去重複。”羅會仟說，實驗無法重複的原因有很多，有的可能實驗本身存在沒有意識到的問題；有的可能因為測量手段有誤；有的可能是用了錯誤的理論模型去解釋實驗數據……“最糟糕的一種情況，才是實驗者故意造假”。
任何一種新的科學發現，都不可能在誕生之初就完美無缺，必定是在質疑中不斷發展前行的。雖然室溫超導離進入日常生活還相距遙遠，但每一步努力都值得期待。
作者：許琦敏
圖片：science網站
責任編輯：任荃
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