室溫超導有可能實現嗎？

01-05

只能說：室溫超導之路，漫漫其修遠兮╮(╯▽╰)╭

看到這裡的同學先別走，我們來詳細扒一扒關於「室溫超導」的前世今生。

一、新聞起源

在今年（2016年）3月和6月，著名的科研論文預印本網站http://arXiv.org先後貼出了兩篇論文，號稱發現了373 K 的超導體和350 K的超導跡象。

arXiv上關於室溫以上超導電性的報道

但事實上，無論是是將信將疑，還是歡呼雀躍，都只是對於不做超導研究的公眾來說的。

在國內外絕大多數超導科研者眼中，這兩篇論文純屬YY，根本不值得一看。換句話說，在任何超導國際會議中，沒有一個人會提這茬┑(￣Д ￣)┍

二、什麼是超導？

為什麼科學家對室溫超導體的發現，會反應如此冷淡呢？

可能不明真相的觀眾要問了：說到現在的室溫超導它究竟是什麼東西？

要回答這個問題啊，還得先要知道超導是什麼？

顧名思義，超導就是超級導電之意。

那麼超導體導電能力有多強？

在一定溫度（定義為超導臨界溫度）之下，超導體電阻為零。儘管嚴格意義上的零電阻無法測量出來，但是精確實驗表明，超導體的電阻率要小於&< 10^-18 Ω ? m，要比導電性最好的金屬如銀、銅、金、鋁等（也是目前電線的主要成分）要整整低了10個數量級！

這意味著，在閉合超導線圈中感應出1A的電流，需要近一千億年才能衰減掉，比我們宇宙的年齡（138 億年）還要長！因此，我們有充分的理由認為超導態下電阻為零。

超導體不僅零電阻，它還和我們古代的武功搭上了關係，身懷絕技「金鐘罩鐵布衫之功」——可以把體內的所有磁力線排出外面，體內的磁感應強度也為零！（只能說：牛牪犇……）

無論是先置入外磁場中後降溫到超導態，還是先降溫到超導態再放入外磁場中，外磁場的磁力線都無法穿透到超導體內部，超導體具有「完全抗磁性」。該效應於1933年被德國科學家沃爾特?邁斯納發現，又被稱為「邁斯納效應」。

超導的零電阻效應和邁斯納效應(完全抗磁性)

總而言之，只有同時具有零電阻效應和完全抗磁性這兩大神奇物性的材料，才能從科學意義上稱之為超導體！！！

那麼超導體究竟有什麼用呢？引得科學家對此念念不忘？

可以說，凡是用得上電的地方，都有超導體的用武之地。

以超導磁懸浮列車來說：和常規磁懸浮技術相比，超導磁懸浮列車更為高速、穩定和安全，是未來交通工具的重要明星之一。

日本超導磁懸浮列車

超導輸電可以節約目前高壓交流輸電技術中15% 左右的損耗，超導變壓器、發電機、電動機、限流器以及儲能系統可以實現高效的電網和電機。利用超導線圈製作的超導磁體具有體積輕小、磁場高、均勻性好、耗能低等優勢，是高分辨核磁共振成像、基礎科學研究、人工可控核聚變等關鍵技術的核心。

歐洲大型強子對撞機上的9300多個超導磁體，就是發現希格斯粒子必不可缺的大功臣。

超導還具有許多複雜有趣的微觀量子效應，利用超導電流的量子干涉效應製備的超導量子干涉儀，對外磁場感應極其敏感，是目前世界上最靈敏的磁測量儀器，僅受到了量子力學基本原理的限制。基於超導量子干涉儀製備超導量子比特，是未來量子計算中最重要的量子單元，基於量子力學原理實現的高性能計算，將掀起一場新的信息革命。

超導體阻抗性能好，利用超導體替換常規金屬做微波器件，具有信噪比高、帶邊抑制明顯、帶寬控制靈活等多個優勢。也許您使用的智能手機，其通訊基站就用到了超導濾波器，這些高性能微波器件同樣在軍事設備、衛星通訊、航空航天等領域大有所用。

正因為超導體的應用前景如此誘人，對超導現象的研究長期以來都是基礎物理研究中的一個重要前沿領域。自1911年4月8日，第一個超導體——金屬汞被發現存在4.2 K的超導電性以來，物理學家發現了大量單質和合金超導體，但是它們的超導臨界溫度都很低，75年過去了，探索到的最高臨界超導溫度的化合物是Nb3Ge，為23.2 K。

典型超導材料發現的年代和臨界溫度

如此低的超導溫度意味著，實現超導應用必須依賴於昂貴的低溫液體——如液氦等來維持低溫環境。這導致超導應用的成本急劇增加，維持低溫的成本甚至遠遠超過了材料本身的價值。尋找更高臨界溫度，特別是液氮溫區(77 K)以上的可實用化超導材料，成為材料探索的重要目標。

1986年瑞士蘇黎世IBM公司的柏諾茲和繆勒在銅氧化物體系發現了35 K的超導。在中美等國科學家的推動下，該記錄在五年內不斷刷新，於1994年左右創造了常壓下135 K、高壓下164 K的臨界溫度新記錄。然而，銅氧化物高溫超導材料屬於氧化物陶瓷，缺乏柔韌性和延展性，容易在承載大電流時失去超導電性而迅速發熱，應用起來存在許多技術難度。而且，其物理性質極其複雜，難以被現有理論框架解釋。

2008年2月23日日本科學家報道了鐵砷化物體系中存在26 K的超導電性。在中國科學家的努力下，這類材料的超導臨界溫度很快就突破了40 K，在塊體材料中實現了55 K的超導電性。新一代超導家族——鐵基超導就此宣告發現。只是，這類超導體大都含砷或鹼金屬，不僅有毒而且對空氣敏感，應用方面同樣存在不少局限性。

三、室溫超導有可能實現嗎？

接下來就是正題：室溫超導究竟有沒有可能實現？

其實，大部分科學家都堅信室溫超導體的存在，美國、中國、日本等國科學家都曾先後立項探索室溫超導體，日本更是提出了尋找400
K以上超導體的遠景目標。

但真正要100% 確認一個室溫超導體，卻從來不是件容易的事兒。百餘年來，無數材料科學家付出了許多心血。到近年來，幾乎平均每個月都有新超導體被發現，這些超導體有的被後續重複實驗證實，有的則無法重複出來，有的是烏龍事件，還有的是學術造假行為。

畢竟要判斷一個材料是否超導體，必須同時具有零電阻效應和完全抗磁性兩大特徵，電阻不降到零或抗磁性很差都不能100% 斷定是超導。

歷史上，有多個「超導體」因為沒有確切證據，而被科學家戲稱為「可疑超導體」，簡稱USO (Unidentifided Superconducting
Objects)，和傳說中的UFO有的一拼。這些USO中，有的宣稱達到了200 K以上甚至 400 K的超導電性，卻從未被更多的科學實驗檢驗過┑(￣Д ￣)┍

一些可疑超導體

為了謀取個人利益，一些科研工作者甚至鋌而走險，不惜造假髮論文！

例如一位叫Jan Hendrik Sch?n的德國人，就曾在2001年間瘋狂灌水，宣稱在C60等材料中發現52 K以上的高溫超導電性以及其他一系列的電子器件應用，其論文產出效率達到了每8天一篇的速度！最終被科學家發現他幾乎所有論文均造假，Science雜誌於2002年撤稿8篇，Nature雜誌於2003年撤稿7篇，其他學術期刊也紛紛撤稿數十篇。他的母校實在看不下去，把他博士學位撤銷了，儘管後來雙方又反覆打官司，最終在2011年9月終審決定還是撤銷學位。這樁科學醜聞轟動了全世界，他本人也被成為「物理學史上50年一遇的大騙子」。

然而還是有人對室溫超導體狂熱不已，打開谷歌（這種事情度娘幫不到你了~~~），鍵入「room temperature superconduct」，你將得到661000個搜索結果！

英文維基百科同樣給出了幾個「室溫超導體」的例子，其實2000、2003、2012、2014等年裡都有正式的科研論文發表，號稱尋找到了「室溫超導體」。

同樣的，一些網站上也經常曝出各種高臨界溫度的超導體，如室溫下的銅氧化物超導體、室溫下的金屬合金、700 K超導的碳納米管等等。然而，這些實驗報道，無一例外，都從未被重複實驗確認過。當然，更多的是，這些報道的實驗數據都極其粗糙甚至低劣，難以被任何一個有科學良知的人信服。

幾個報道的所謂「室溫超導體」

可見，儘管大部分科學家都堅信室溫超導體的存在，但真正要100%確認一個室溫超導體，卻從來不是件容易的事兒┑(￣Д ￣)┍

不過和實驗物理學家的小心謹慎不同，理論物理學家的預言往往比較大膽。在不違反已知物理原理基礎上，理論預言可能的室溫超導體還是不少的，其中典型代表之一是金屬氫。

根據理論，氫在常壓下為氣體，倘若不斷施加高壓，氫會被液化，而後固化，再進一步壓縮氫原子之間的間距，最終會變成金屬化的氫。金屬氫具有非常高的熱振動能量，可以提供高溫超導電性形成所需要的媒介，很可能就是室溫超導體。

令實驗物理學家鬱悶的是，他們不斷努力改進實驗裝置，通過金剛石對頂壓砧把壓力提高到了325 萬個大氣壓，固態金屬氫終於在2015年被成功實現[15]。如此高的壓力，已經接近地心內部壓力(約360 GPa)了，這時氫分子早已被打斷成了單個氫原子，但卻沒有發現超導電性！

十分有趣的是，包括中國的研究人員在內的科學家還從理論上預言氫的化合物H2S-H2體系在高壓下可能實現191 K的高溫超導，將突破銅氧化物中164 K的臨界溫度記錄。

同在2015年，德國科學家A.P.
Drozdov等人宣稱在硫化氫中發現了203 K的超導電性，距離300 K的室溫，幾乎一步之遙。只是，條件同樣非常苛刻——要在200萬個大氣壓下(200 GPa)才可以。實驗技術難度非常之大，要在低溫狀態下把極其容易爆炸的硫化氫通入金剛石壓砧裝置，還要能夠在超高壓下測量其電阻和磁化率。論文於2014年12月1日貼到預印本網站arXiv，歷經半年多後才投稿到了Nature雜誌上[16]。

硫化氫在高壓下超導和金屬氫的高壓製備

據說，為了避免前車之鑒，這半年時間內，Nature雜誌預先請了一個專家團到德國的實驗室去，要求查看所有的原始實驗記錄，並實地重複出實驗結果。在保證零電阻結果可靠性之後，專家團還要求他們進行了完全抗磁性的測量，最終確立了200 K以上超導的準確性，才允許投稿，並且花了近一個月時間審稿才被接收。

後來，論文中的若干現象被日本和中國科學家重複實驗證實，科學界才慢慢接受這個結果，在此之前，幾乎所有人對Drozdov的學術報告都反應顯得冷淡。200 K超導，看上去很美，但在如此高壓下卻難以實用。而且，我們熟知的臭雞蛋味硫化氫H2S，在兩個金剛石對頂砧中間承受如此巨大的壓力，已經變成新的H3S結構。話說壓個屁屁就超導，屁也不是那個屁了。

至此，尋找常壓下的實用型室溫超導體，仍然是個夢/(ㄒoㄒ)/~~

四、聯繫時事

所以再回頭看本文一開始提到的Ivan Zahariev Kostadinov於2016年3月在arXiv貼出的「373 K 超導體」論文。令人奇怪的是，作者的單位就叫做「私密研究所-373 K超導體」，一查才發現原來是他註冊了一個公司就叫做「373 K超導體」！更令人狐疑的是，通篇論文未提該「超導材料」的化學式或者合成方式；儘管都有零電阻和抗磁性的實驗數據，而且這些數據「看起來特別真實」，數據質量卻非常糟糕，不少所謂「磁懸浮」的圖片都用來當做證據之一。

而2016年6月30日，德國的Christian E. Precker等人在arXiv貼出了關於石墨晶體中存在350 K超導跡象的論文。相比3月份的論文，這篇論文數據顯得更為翔實系統，似乎預示著室溫超導的發現不遠了。

他們詳細指出樣品來自巴西某礦產的石墨晶體（是不是廣告另說~~~）。理論上，石墨烯中是否存在室溫超導電性，一直以來是爭議的一個焦點之一。因為石墨烯中電子運動速度極快，甚至需要用相對論化的狄拉克方程來描述，而不是簡單的薛定諤方程，那麼一旦實現超導，就可能意味著很高的臨界溫度。

不過實驗上並不是那麼順利，在鹼金屬摻雜的少層石墨烯中僅發現4.5 K的超導電性，在鹼土金屬摻雜的石墨中最高發現11.5 K的超導電性，距離室溫超導都相去甚遠！不過，這次論文作者說，350 K超導跡象是在室溫300 K之上，以前大伙兒只是沒注意到如此高溫度而已。

細讀這篇論文，就會發現結論並非那麼可靠——因為所有的實驗數據就沒有出現真正意義上的零電阻態，完全抗磁性也沒有！作者所謂的「超導證據」，只是電阻在350 K存在一個輕微的下降，並會響應磁場的變化，這種可能性其實有很多很多，完全可以和超導沒有半毛錢關係！

查閱以前的文獻可以發現，早在2013年1月18日同一個德國研究組的T. Scheike等人就報道過了石墨烯中400 K的「超導跡象」。據德國其他超導研究人員反映，沒有一個人相信他的結果，而且大伙兒都懶得去相信他。如今再整一出，估計結果還是一樣——信不信由你。

看來，與其說2016年里室溫超導來了，還不如說是狼來了。

好吧，真是一件令人難過的事情/(ㄒoㄒ)/~~

不過，夢想還是要有的，萬一實現了呢？

期待真的有室溫超導被發現的那一天，或許那時，我們可以在家裡舒舒服服地躺在室溫超導磁懸浮沙發上休息，也可以午飯後坐上時速3000 公里以上的真空管道超導磁懸浮列車去巴黎喂個鴿子，還可以在辦公室隨時弄個核磁共振成像監測身體內部的變化 O(∩_∩)O

出自：科學大院

作者：羅會仟（中國科學院物理研究所）

就目前研究進展來看，發現的臨界溫度越來越高，應該是可以實現的，但是目前就氧化物的高溫超導現象還沒有理論來支撐。

首先題主對於超導的概念理解還是很有問題的。超導是沒有任何電阻的，如果你能理解到庫珀對的結合能的話。而且對於沒有學過量子力學的人來說，理解這些東西最大的困難我覺得是大家總會把電子呀，原子核之類的想像成粒子，但是在超導這種被稱作是宏觀量子效應的現象中，電子是沒辦法被想像成粒子而有確定軌跡的；換句話說，你沒辦法想像電子在其中是如何運動的；產生電阻的機制不能簡單認為是電子和其他東西碰撞，沒有電阻的機制也不能簡單認為是電子無阻礙的穿行。。。。。對於微觀粒子的本質理解，人們還有很多欠缺啊

12月4日，常溫超導在德國馬克思-普朗克研究所實現，新聞鏈接Superconductivity without cooling，科研團隊網站（德語）Forschung | Aktuelles ，Nature論文下載 http://www.nature.com/nature/journal/v516/n7529/full/nature13875.html

不是接近，是就是0哦，電阻到了轉變溫度驟降為0。而且導電不是靠單個單個的電子，靠庫珀對的。加入電聲相互作用之後相互作用就可能是吸引的，跟問題中單純的電子很不一樣哪+_+

等我們找到潘多拉星球就實現了

如果沒有強烈需求，有生之年比較懸，如果有強烈需求，如發生了世界大戰等等，就很有可能。說到底，這東西不是理論能夠指導的，是要靠大量的錢燒出來的。

目前這局勢，還真有可能。