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院士專家共議超導前沿話題

孫 瑜
2023年08月30日08:52 | 來源:科技日報
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原標題:院士專家共議超導前沿話題

  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。

  近日,騰訊新聞《一起來嘮科》欄目邀請中國科學院大學卡弗裡理論科學研究所所長張富春,中國科學院院士、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共話超導前沿議題。

  常壓下的室溫超導不存在理論障礙

  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40開爾文(零下233.15攝氏度)高的材料,被認為是高溫超導體。

  在190萬個大氣壓下,十氫化鑭(LaH10)可在逼近室溫的260開爾文(零下13攝氏度左右)出現超導性。這也是目前超導臨界溫度的最高紀錄。

  “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。

  據不完全統計,歷史上聲稱室溫超導(接近或高於300開爾文)的次數不少於7次,都未得到証實或被學界質疑。

  關於在未來我們能否找到常壓下的室溫超導材料這一問題,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。”

  發現新超導體的周期在變短

  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。

  “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証據,且研究數據處理得很不認真。”張富春表示。

  “韓國的研究都沒有正式在物理期刊上發表,也沒有一個証據能証明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,根本不能証明樣品有抗磁性。”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”。

  不少人相信,發現室溫超導體將帶來新一輪工業革命。但事實上,在超導材料的發現和應用之間,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40開爾文的超導材料。”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。”

  針對室溫超導能不能引起一場工業革命得考慮穩定性和成本這一問題,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。

  超導研究需要熱愛與堅持

  “熱愛”與“堅持”是與會專家對2023年未來科學大獎“物質科學獎”獲獎者趙忠賢和陳仙輝最深刻的印象。

  趙忠賢、陳仙輝院士對於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。

  “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年代幾乎沒有什麼實驗條件的情況下,他都沒放棄過。”向濤回憶道,“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,依然專注於他的超導研究。”

  “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。

  王亞愚表示,趙忠賢和陳仙輝院士激勵並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。”他回憶,自己受到激勵和影響,走上了高溫超導研究道路。

  與會科學家們一致表示,希望更多人關注我國超導領域科研,期待更多年輕人熱愛科學,投身科學,為我國科學事業發展作出新的貢獻。

(責編:楊曦、陳鍵)
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