春天般的室温下，零电阻的超导体果真存在？北京时间今天（3 月 9 日）一早，上海市高温超导重点实验室主任、上海大学理学院教授蔡传兵第一时间研读了美国罗切斯特大学物理学家朗加·迪亚斯（ranga dias）发表在《自然》正刊上的“室温超导”论文。这是这位超导专家半年前遭遇同行质疑并被《自然》撤稿后的“二进宫”，面对神奇现象，争议仍然存在。
除了在学术界刷屏，美国室温超导的最新成果甚至也让股民做起科普式的“功课”，引发中国股市超导概念股的一波行情。在 9 日沪深股指翻绿的情况下，超导板块多只股票却在飘红，其中两只更是涨停或接近涨停。而专家对此保持冷静，蔡传兵举出一年多前在沪正式投入运行的世界首条 35 千伏公里级超导电缆示范工程，“1.2 公里的超导输电差不多用了 30 年才真正实现，从材料发现到实际应用还有很长的‘时间距离’。”
新华社照片：我国首条公里级高温超导电缆工程在沪开工
【两大条件实现“大跃进”】
从概念上讲，超导体是在某一温度下电阻变为零或接近于零的导体。不难理解，如果超导体用于电网，那么供电和用电之间几乎没有损耗。
其实，迪亚斯的新文章并不长，却宣告超导现象的低温和高压两大条件实现“大跃进”。简单地说，超导通常需要至少零下 196 摄氏度的环境才会发生，而迪亚斯给出的超导条件是 21 摄氏度。同时，他将之前被撤稿论文中室温超导所需的大气压强，又拉低了两三百倍，即从极端高压 267gpa 变为相对更低的压力 1gpa，也就是相当于 1 万个大气压。
相比于制造成百上千大气压的工业级压力容器，1 万的大气压还是很高，但已经能够在不少材料物理实验室实现。“同行们第一时间就买材料了，开始验证他的实验是否可行。” 蔡传兵告诉解放日报·上观新闻记者，在实验可复制的验证过程中，不仅可以证伪或证实，各国材料学家或许还能取得新的突破，不断完善这一新的超导体系。
一切成真的话，这必然是诺奖级发现。在上海举行的世界顶尖科学家论坛上，诺贝尔物理学奖得主安德烈·盖姆和诺贝尔化学奖得主斯特凡·黑尔都认为，室温超导材料已处于科技突破的前夜，有望在不久的将来诞生。作为石墨烯材料的先驱，盖姆表示室温超导性是材料科学家梦寐以求的物理性能，“室温超导材料一定存在！”
世界顶尖科学家论坛在中国上海举行
【不止于解决世界能源问题】
时间证明，超导已走过百年发展之路。1911 年，荷兰科学家昂内斯意外发现，将汞冷却到零下 268.95℃时，其电阻突然消失，然而实现超低温“零电阻”的代价非常高。1986 年，ibm 实验室的柏诺兹和缪勒首次发现高温超导材料，将超导的临界温度大幅抬高，使其通过液氮降温达到“零电阻”。
需要注意的是，所谓高温超导的“高温”对人类而言仍是极低的温度。事实上，低温超导一般指在“绝对零度”即零下 273℃液氦环境下超导所具有的特性。高温超导则是指在零下 196℃液氮环境下，电阻也能接近于零。液氦很贵，被称为“液体黄金”；相比之下，液氮更具经济性，因此高温超导才有商用价值。显然，若室温也能超导，简直就是零成本。
绿色节能的高温超导输电正是在液氮环境中完成大容量输电，不仅一根超导电缆可替代 9 根相同电压等级的传统电缆，而且输电过程中无电磁辐射，终极缓解对电力基础设施建设的抵触心理。
这仅仅是超导应用前景之一。“有可能在正常环境压力下实现室温超导体，这将使许多事情变得可行。”根据世界顶尖科学家协会（wla）2021 年首次面向全球发布的年度报告，人类历史上首次实现室温超导正是最具影响力的科学突破之一。“找到一种室温超导体，将具有巨大的技术重要性，例如有助于解决世界的能源问题，提供更快的计算机，产生新颖的存储器和存储设备，以及启用超灵敏传感器等。”
dias 所在团队论文去年 9 月 26 日被《自然》撤稿
【真正应用还要 20 年甚至更长】
除了《自然》新论文，蔡传兵还分析了迪亚斯发文前一天在美国物理学春季年会上演示的 ppt，也比较清晰地呈现了他室温超导的技术路径和实验数据。但由于迪亚斯被撤稿的这个“梗”，他在会上没有接受同行提问，也未进一步解释。不过，蔡传兵判断，“与他前一篇被撤的论文相比，新的研究成果可信度更高。”
在蔡传兵眼中，这次迪亚斯的超导材料出人意料地采用了一种新的元素组合，即引入了“稀土中的稀土”——镥元素（lu），人工合成了三元氢化物（n-lu-h），这与他以往采用的碳硫氢化物不同，之前也几乎没有人试过。
即使新材料可以如愿超导，按材料界普遍规律，从原始创新到市场应用，需要 20 年甚至更长的周期。蔡传兵举证的沪上超导电缆示范线，位于徐汇区长春变电站和漕溪变电站之间，是国家电网在国内首次建设的超导输电项目，也是目前世界上输送容量最大、长度最长、全商业化运行的 35 千伏高温超导电缆。
而这套超导缆线的基础材料实际上来源于 30 年前发明。目前，这一示范段由 3 根 400 米长电缆连接而成，电缆内部是液氮，内外温差超过 200 摄氏度，经历数万伏高压、数千安培电流考验，单是解决线缆套管在绝热、绝缘、密封和强度方面的难题就已可想而知。蔡传兵表示，除了温度、压力两大临界值，真正商用超导至少还要攻克临界电流密度、临界磁场等条件，要走的路很长，世人拭目以待。
本文作者：徐瑞哲
题图来源：新华社
