室温超导重大突破！遭撤稿半年后，他们的研究再次登上《自然》

▎药明康德内容团队编辑

自从1911年首次发现超导现象以来，实现室温超导就一直是科学界的圣杯。今天凌晨，《自然》杂志的一篇最新论文向着室温超导的目标迈出了一大步。值得一提的是，就在半年前，这支研究团队的上一篇发表于《自然》的室温超导论文刚刚被撤稿。现在，这项最新研究能否真正带来革命性突破？

所谓超导体，就是材料在特定温度下电阻为零；同时它具有完全抗磁性，原有的磁场也会被排斥出去。正是因为这些神奇的特性，超导材料在MRI核磁成像、粒子加速器、量子计算等领域已经有着重要的应用。但这些超导材料无一例外，都需要维持在极低的温度下。这里的低温指的不是冬天我们经历的那种，而是零下200多摄氏度。因此，维持超导状态需要高昂的成本。一旦能在室温下实现超导，超导材料的应用范围将出现飞跃式的拓展。

在人类通往室温超导的征途中，2020年的一篇《自然》杂志封面论文备受瞩目。美国罗切斯特大学Ranga Dias教授带领的团队实现了在约15℃下的碳-硫-氢体系超导。但问题是，虽然温度达标了，但实现超导所需的压强达到267 GPa，相当于地心压强的3/4，或者是大气压的265万倍，因此还不具备实际应用的可能性。

去年9月，这篇论文又一次受到广泛关注。只不过这一次的原因是：论文被《自然》杂志撤稿了。论文中数据的真实性受到质疑，并且其他实验室没能重现出实验结果，这也成为2022年最轰动的学术争议事件之一。

关于上一篇论文的争论尚未终结，就在这样的背景下，Dias教授团队的最新论文再次登上了《自然》杂志。研究团队开发了一种全新的氮掺杂氢化镥（nitrogen-doped lutetium hydride, NDLH）体系，可以在21℃和接近1万个大气压的条件下实现超导。虽然仍然远高于大气压，但在降低了两个量级后，这样的压强已经进入实际应用中能够达到的范围了。

论文标题指出，这是在氮掺杂氢化镥体系中实现“近室温超导”的证据。“利用这种材料，室温超导的黎明和可应用的技术已经到来。”Dias教授说。

尽管最新研究使用的材料不同，但实现超导的方法与上一项研究类似。科学家很早就提出，固态的氢可以成为室温超导材料，但要将氢压缩成固态却几乎不可能。因此，科学家普遍选择通过掺杂其他原子来降低所需的压力。

近年来，一种常用的配方是利用稀土金属与氢结合，形成笼子一样的氢化物网格结构。在最新研究中，Dias教授团队选择的金属是镥——镥的外层轨道上装满了电子，因此可以提供足够的电子促进氢气分子的分解。在形成镥化氢之后，研究团队还掺杂了一种常见元素——氮，用于帮助稳定该材料、进一步降低超导所需的压强。

按照这样的思路，99%的氢气、1%的氮气与金属镥共同在反应室中，在200℃的条件下反应2~3天，生成具有蓝色光泽的镥-氮-氢化合物。随后，化合物在金刚石压腔中被压缩，令人惊讶的形变出现了：化合物从蓝色转变为粉色，同时开始进入超导状态；进一步压缩，则会继续转变为亮红色的非超导金属状态。

▲在压缩过程中，材料的超导性质和色泽均在变化（图片来源：参考资料[1]）

最终，最新研究能够在21℃、10 kbar（近似于1万个标准大气压）的条件下生成超导材料，向着室温超导的目标迈出了重要一步。

相比于上一篇论文从投出到被接收仅用了不到10天，最新论文的审稿流程更加漫长。Dias教授表示，论文经历了5轮审稿，他们提供了原始数据和样本，最终得以发表。

▲材料能在在21℃、10 kbar的条件下处于超导态（图片来源：参考资料[1]）

研究人员畅想，这个全新的超导体系可以应用于构建能耗更低的电网、磁悬浮列车、医学成像与扫描技术（例如心磁图仪），以及实现人工核聚变所需的托卡马克装置。托卡马克装置常常被称作“人造太阳”，通过一个甜甜圈一样被磁线圈环绕的真空室来约束、加热等离子，从而实现可控核聚变。Dias教授预测，由于NDLH体系可以在室温下产生“巨大的磁场”，因此能够加速利用托卡马克装置实现核聚变的进程。

Dias教授表示，接下来研究团队将借助机器学习手段来预测潜在的全新超导材料。“正如我们在不同场景中会用到不同的金属，出于不同的应用，我们也需要更多室温超导体。”

参考资料：

[1] Dasenbrock-Gammon, N., Snider, E., McBride, R. et al. Evidence of near-ambient superconductivity in a N-doped lutetium hydride. Nature 615, 244–250 (2023). https://doi.org/10.1038/s41586-023-05742-0

[2] Viable superconducting material created in University of Rochester lab. Retrieved March 8th, 2023 from https://www.eurekalert.org/news-releases/981616

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