來自美國(guó)羅切斯特大學(xué)的科學(xué)家們本周宣布了一項(xiàng)關(guān)于超導(dǎo)材料技術(shù)的誘人進(jìn)展,提供了有朝一日可以在室溫條件下毫不費(fèi)力地傳輸電力的可能性。如果這一夢(mèng)想實(shí)現(xiàn),意味著未來從智能手機(jī)到磁懸浮列車,再到核電廠等一切使用電力的領(lǐng)域都會(huì)迎來顛覆式的變革。
但這項(xiàng)最新的成果來自一個(gè)有爭(zhēng)議的團(tuán)隊(duì),這也削減了該研究在業(yè)內(nèi)的可信度。
(資料圖)
科學(xué)家發(fā)現(xiàn)了什么?
通常,電流在穿過電線時(shí)會(huì)遇到阻力,一些能量會(huì)以熱量的形式損失。大約一個(gè)世紀(jì)前,物理學(xué)家發(fā)現(xiàn)了被稱為超導(dǎo)體的材料,可使電阻神奇地消失。 但這些材料只在超自然的極端超低溫條件下實(shí)現(xiàn)零電阻,這限制了它們?cè)趯?shí)際中的應(yīng)用。
幾十年來,科學(xué)家們一直在尋找可在室溫下工作的超導(dǎo)體。本周,羅切斯特大學(xué)機(jī)械工程和物理學(xué)教授蘭加·迪亞斯 (Ranga Dias) 在拉斯維加斯舉行的美國(guó)物理學(xué)會(huì)會(huì)議上,在一個(gè)擠滿了科學(xué)家的房間里宣布了他的最新研究進(jìn)展。
3月8日,迪亞斯等人在《自然》雜志上發(fā)表了一篇題為《氫氮镥化合物室溫超導(dǎo)證據(jù)》的論文,研究人員采用了一種新的磁測(cè)量技術(shù),通過實(shí)驗(yàn)證明這種材料在約21攝氏度的溫度,材料電阻能降為零,不過這仍需要1GPa的壓力才能實(shí)現(xiàn)材料的超導(dǎo)性能,這大約是大氣壓力的1萬倍,但仍遠(yuǎn)低于室溫超導(dǎo)先前所需的數(shù)百萬個(gè)大氣壓。
迪亞斯團(tuán)隊(duì)曾在2020年發(fā)表過一篇論文,描述了一種有前途但不太實(shí)用的超導(dǎo)材料,但在其他科學(xué)家質(zhì)疑部分?jǐn)?shù)據(jù)后,該論文于去年9月被《自然》雜志撤回。
迪亞斯表示,這篇新發(fā)表的論文已經(jīng)過審稿人的五輪審查,且所有支持研究結(jié)果的原始數(shù)據(jù)都公開共享。“這是可用于實(shí)際應(yīng)用的新型材料的開始。”他在周二舉行的美國(guó)物理學(xué)會(huì)會(huì)議上表示。
他強(qiáng)調(diào),新的基于镥的材料在低得多的壓力下具有超導(dǎo)性,其他研究小組將能夠嘗試重現(xiàn)該實(shí)驗(yàn)結(jié)果。
迪亞斯還創(chuàng)立了一家名為Unearthly Materials的公司,計(jì)劃將研究成果轉(zhuǎn)化為利潤(rùn)。他表示,要制造出室溫超導(dǎo)材料的化合物,提供更精確的材料配方,首先需要解決知識(shí)產(chǎn)權(quán)問題。
對(duì)手質(zhì)疑實(shí)驗(yàn)結(jié)果來自公式生成
對(duì)于迪亞斯團(tuán)隊(duì)的最新研究發(fā)現(xiàn),業(yè)界同樣充滿爭(zhēng)議,褒貶不一。一些科學(xué)家認(rèn)為,如果實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)是真實(shí)的,那將會(huì)成為一個(gè)非常重要的突破;也有一些科學(xué)家提出了尖銳的質(zhì)疑。
美國(guó)加州大學(xué)圣地亞哥分校理論物理學(xué)家豪爾赫·赫希(Jorge Hirsch)專注于“碳-硫-氫”化合物對(duì)振蕩磁場(chǎng)響應(yīng)的測(cè)量。在赫??磥?,迪亞斯發(fā)布基礎(chǔ)原始數(shù)據(jù)時(shí),他的分析表明這一結(jié)果是由數(shù)學(xué)公式生成的,無法在實(shí)驗(yàn)中實(shí)際測(cè)量。 “他的數(shù)據(jù)太整齊了,在實(shí)驗(yàn)室測(cè)量,你會(huì)得到帶有噪音的數(shù)字。”赫希表示。
作為迪亞斯的競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手,赫希的公開意見盡管引起同行的不滿,但也有其他人持有類似的觀點(diǎn)。佛羅里達(dá)大學(xué)教授詹姆斯·哈姆林(James Hamlin)也深入研究磁測(cè)量,他表示,迪亞斯的原始數(shù)據(jù)看起來更像是自已發(fā)表的數(shù)據(jù),不像來自實(shí)驗(yàn)室數(shù)據(jù)。哈姆林的證據(jù)是最新論文中的內(nèi)容有幾段曾逐字逐句地出現(xiàn)在迪亞斯2007年的博士論文中。
對(duì)于業(yè)內(nèi)同行的質(zhì)疑聲,迪亞斯教授沒有具體回應(yīng),他表示:“我只覺得這些是來自背景的噪音,我們正努力推動(dòng)科學(xué)向前發(fā)展。”
中科院物理所研究員羅會(huì)仟對(duì)第一財(cái)經(jīng)記者表示:“做高壓金屬氫化物超導(dǎo)通常都是先理論計(jì)算出材料的穩(wěn)定結(jié)構(gòu),然后根據(jù)這個(gè)結(jié)構(gòu)才計(jì)算可能的超導(dǎo)電性及其臨界溫度。實(shí)驗(yàn)上要直接測(cè)定材料在高壓下的組分和結(jié)構(gòu)是比較困難的一件事情。”
他指出,相較于迪亞斯教授上一篇被撤回的論文,最新的這篇論文有所進(jìn)步。“最新的論文其實(shí)給出了實(shí)現(xiàn)室溫超導(dǎo)材料的可能結(jié)構(gòu),上一篇文章只給出了元素組成;而且這次需要的壓力更低,無論是結(jié)構(gòu)分析還是物性測(cè)量,都要更為容易。相信在陸續(xù)的科研跟進(jìn)下,很快就能得到證實(shí)或證偽。”羅會(huì)仟對(duì)第一財(cái)經(jīng)記者表示。
高溫超導(dǎo)材料已充分產(chǎn)業(yè)化
室溫超導(dǎo)作為物理學(xué)家們追求的終極目標(biāo),從可控核聚變到量子計(jì)算機(jī),室溫超導(dǎo)將極大地促進(jìn)科技進(jìn)步,并迎來超導(dǎo)產(chǎn)業(yè)的爆發(fā)。
受最新研究突破的提振,國(guó)內(nèi)A股市場(chǎng)已經(jīng)出現(xiàn)強(qiáng)烈反應(yīng),3月9日,永鼎股份(600105.SH)、百利電氣(600468.SH)等超導(dǎo)概念股漲停,其中永鼎股份主要從事二代高溫超導(dǎo)材料相關(guān)領(lǐng)域帶材。
上海超導(dǎo)副總裁、上海交大教授洪智勇向第一財(cái)經(jīng)記者解釋稱:“在常壓下通過超低溫實(shí)現(xiàn)超導(dǎo)態(tài),以及在常溫下通過超高壓強(qiáng)實(shí)現(xiàn)超導(dǎo)態(tài),一直是超導(dǎo)學(xué)界的兩種技術(shù)路線,都是通過極端物理狀態(tài)(低溫或高壓)實(shí)現(xiàn)超導(dǎo)轉(zhuǎn)變。前一種方式(超低溫)更傾向于實(shí)際應(yīng)用,因此現(xiàn)有的超導(dǎo)導(dǎo)線都采用這種路線;后一種(需要超高壓強(qiáng))更多在于理論意義探索,揭示超導(dǎo)導(dǎo)電的物理本質(zhì)。”
但他認(rèn)為,迪亞斯教授最新的實(shí)驗(yàn)結(jié)果,即便數(shù)據(jù)驗(yàn)證為真實(shí)的,也仍然不可能做成實(shí)用化導(dǎo)線。“雖然最新的實(shí)驗(yàn)把超高壓強(qiáng)從200多萬個(gè)大氣壓降到了1萬個(gè)大氣壓,但在地表大范圍,長(zhǎng)距離的實(shí)現(xiàn)高溫超導(dǎo)(零下196度以上),比實(shí)現(xiàn)1萬倍大氣壓更容易、更便宜。”洪智勇向第一財(cái)經(jīng)記者解釋稱。
國(guó)內(nèi)某超導(dǎo)裝置上市公司負(fù)責(zé)人對(duì)第一財(cái)經(jīng)記者表示:“相比較室溫超導(dǎo)的實(shí)現(xiàn),我們認(rèn)為,高溫超導(dǎo)在未來二十年才是應(yīng)用方向。”高溫超導(dǎo)一般認(rèn)為是超過零下196度的超導(dǎo)體。
據(jù)介紹,繼上海超導(dǎo)在國(guó)內(nèi)率先實(shí)現(xiàn)了高溫超導(dǎo)材料的商業(yè)化應(yīng)用以來,國(guó)內(nèi)高溫超導(dǎo)已經(jīng)充分實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化,并供應(yīng)了大量下游產(chǎn)業(yè)用戶;此外,聯(lián)創(chuàng)光電在超導(dǎo)感應(yīng)加熱等裝置上實(shí)現(xiàn)了量產(chǎn)。但高溫超導(dǎo)材料的成本相比銅線仍然高出不少,目前的高溫超導(dǎo)材料以稀土鋇銅氧(ReBCO)為主,未來材料方面的突破可能會(huì)使成本進(jìn)一步下降。
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