科技日報記者 孫瑜

前不久，中國科學院院士趙忠賢、陳仙輝因對高溫超導材料的突破性發現和對轉變溫度的系統性提升所做出的開創性貢獻，榮獲2023年未來科學大獎-物質科學獎。

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8月23日，騰訊新聞《一起來嘮科》邀請中國科學院大學卡弗里理論科學研究所所長張富春、中國科學院物理研究所研究員向濤、南京大學物理學院教授聞海虎、清華大學物理系教授王亞愚、中國科學院科學傳播研究中心副主任袁嵐峰解讀2023年未來科學大獎-物質科學獎，共話超導前沿議題。

室溫超導是超導研究者的夢

室溫超導在今年引發了兩次震動。

3月7日，來自羅切斯特大學的蘭加·迪亞斯副教授團隊宣稱在一種摻氮的镥氫化物中發現近常壓下的室溫超導。7月底，韓國一項研究聲稱發現全球首個室溫超導材料LK-99，引發廣泛討論。

實際上，這兩項“發現室溫超導”的研究都不成熟。

“我個人沒有把這兩項研究太當真，因為他們的研究沒有給出嚴肅的證據，且研究數據處理得很不認真。”張富春表示。

韓國團隊論文演示視頻的截圖。圖源：中新網

“韓國的研究都沒有正式在物理期刊上發表，也沒有一個證據能證明LK-99是超導體。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”。

超導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，也稱為超導臨界溫度。臨界溫度比40K（40開爾文，即零下233.15℃）高的材料，被認為是高溫超導體。

目前超導臨界溫度的最高紀錄，是由美國科學家馬杜里·索馬亞祖魯在2019年宣布的。在190萬個大氣壓下，十氫化鑭（LaH10）可在逼近室溫的260K（零下13℃左右）出現超導性。

“室溫超導是超導研究者的夢。”張富春說。高溫超導材料在能源、量子計算、磁懸浮交通、核聚變等領域應用廣泛，但維持低溫環境的成本很高。如果能實現室溫超導，無疑將大大降低工業應用成本。

歷史上的“室溫超導體”。圖源：中科院物理所

據不完全統計，歷史上聲稱室溫超導（接近或高于300K）的次數不少于7次，都未得到證實或被學界質疑。

未來，我們會找到常壓下的室溫超導材料嗎？聞海虎認為：“沒有任何理論否定可能會找到常壓下的室溫超導體，也就是說常壓下的室溫超導不存在理論上的障礙。”

“非同尋常的宣稱需要非同尋常的證據。”袁嵐峰表示，至少面對下一次“宣稱”，希望研究者提供嚴謹科學的論證。

發現超導和應用超導之間有距離

1911年，荷蘭物理學家海克·卡末林·昂內斯發現在零下269℃的環境中，汞的電阻降為零，開啟了物理學家們對于超導的研究之路。112年來，超導不斷帶給研究者驚喜與挑戰，也成為物理學研究中重要的研究方向。

為何如此多科學家癡迷超導研究，超導材料又有哪些重要應用？

袁嵐峰指出，一切用到電和磁的地方都可以用到超導體。在輸電過程中，超導體因其“零電阻”特性可節約電能損耗。但在發現超導材料和應用超導材料之間，仍有不小的距離。

“核聚變領域目前應用的還是特別古老、臨界溫度還不到40K的超導材料。”袁嵐峰介紹，受成本和具體使用環境的制約，“20世紀80年代發現的銅氧化物高溫超導材料，直到最近幾年才在核聚變領域得到小規模使用。”

袁嵐峰說：“這表明，將超導材料實用化花了30多年。較銅氧化物更晚發現的鐵基超導體，預期大規模應用也得幾十年后了。”

不少人相信，發現室溫超導體將帶來新一輪工業革命。

“室溫超導能不能引起一場工業革命得考慮穩定性和成本。”向濤認為，如果室溫超導體穩定性好，成本不高，應能帶來一場工業革命。

袁嵐峰則認為，不宜將預期抬得過高。“即使一切按照最好的劇本發展，室溫超導體成本低、穩定性好，恐怕大規模應用也得數十年。”

目前，超導研究者們正努力探索兩個關鍵問題：一個是凝聚態物理學界“皇冠上的明珠”高溫超導機理難題；另一個則是找到更多高溫超導甚至室溫超導體。

“過去40年的經驗表明，發現新超導體的周期在變短，或者說頻率在加快。”向濤估計，未來發現新高溫超導材料的可能性在變大。

“有意思的是，很多新超導體是由不做超導的研究人員發現的。”王亞愚表示，希望科學界其他領域的科學家們關注超導問題，帶來新鮮想法和思路，“期待他們能夠做出超導領域專家做不出來的重大突破。”

超導研究需要熱愛與堅持

圓桌討論會上，院士專家們向2023年未來科學大獎“物質科學獎”獲獎者趙忠賢、陳仙輝院士表示了熱烈祝賀。

銅氧化物超導體和鐵基超導體，是高溫超導材料里重要的兩類。在銅氧化物方面，趙忠賢領導的團隊獨立發現了第一個液氮溫區的超導材料。在鐵基超導體方面，陳仙輝研究組首先將超導轉變溫度提高到麥克米蘭極限之上，證明鐵基超導體確實是非常規的高溫超導體，而趙忠賢研究組創造了在塊狀材料中超導轉變溫度的紀錄。

趙忠賢和陳仙輝對于高溫超導的物理機制做了大量系統性的研究，在過去數十年內推動了高溫超導領域的發展。

“熱愛”與“堅持”是與會專家對趙忠賢和陳仙輝最深刻的印象。

張富春提到，趙忠賢院士是中國高溫超導領域的代表，也是研究高溫超導的帶頭人。“他的性格中有一種自信，對于自己相信的事情是堅持不懈的，我認為這對科學家，特別是實驗物理學家而言是非常重要的。”

“趙忠賢院士大學畢業后就在做超導研究，即使在20世紀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，“陳仙輝院士也是這樣。21世紀初，國家在科技方面的投入不斷增加，很多做材料探索的人轉行做一些短期更容易見成效的研究去了，但陳院士沒有，還是專注于他的超導研究。”

向濤感慨：“他們能取得成果并不是靠運氣，而是靠堅持和對理想的不懈追求。”

“熱愛和堅持是做好科學研究的根本。趙忠賢院士幾十年如一日，堅持在新型高溫超導材料方面工作，就體現了這一點。”聞海虎說。他至今還記得，趙忠賢院士有一次走進自己的辦公室說，在超導研究很困難的時候，堅持是最重要的，要在堅持中積累經驗，完善條件，等待機會，實現突破。

王亞愚提到，趙忠賢和陳仙輝院士激勵并推動了青年一代超導領域研究者的發展。

“我上中學的時候，時事政治就考到中國科學家在高溫超導領域取得重要突破，說的是趙忠賢院士的工作。”王亞愚回憶，自己受到激勵和影響，最后走上了高溫超導研究的道路。

王亞愚坦言，很多年輕學者包括自己，在事業初期都得益于陳仙輝院士的交流指導。“他總有很多新的想法思路，每次和他聊總有新的刺激，這讓我很受啟發。現在，陳老師組里的年輕人都發展得很好，我想也是因為他給年輕人提供了很多無私的幫助。”

與會科學家們一致表示，希望通過對2023年未來科學大獎“物質科學獎”獲獎成果的解讀，讓更多人關注我國超導領域科研工作，期待更多年輕人熱愛科學，投身科學，為我國科學事業作出新的貢獻。

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