重大突破！？美科学家重提“室温超导” 去年刚遭《自然》撤稿、这次能获得科学界认可吗？ lg...

FX168财经报社(北美)讯 在寻求有效的能量传输的过程中，科学家们一直在努力解决一个长期存在的问题:无论他们使用什么材料，能量在沿着电线移动时都会以热量的形式损失掉。

所谓的超导体，即能够无损耗传导电流的材料，非常不切实际，因为它们通常需要极度冷却到零下320华氏度左右，并承受极大的压力才能工作。

现在，罗切斯特大学的一组研究人员报告说，他们已经创造出一种新的超导体，可以在室温和比以前发现的超导材料低得多的压力下工作。

（ScienceNews报道截图）

领导这项突破性工作的罗彻斯特大学机械工程和物理学助理教授Ranga Dias说，这项突破有可能创造出无损电网，以及用于未来核聚变反应堆的更好、更便宜的磁铁。这是因为在日常环境条件下工作的完美导体不需要昂贵的大型冷却系统。

Dias博士说:“我们可以让火车悬浮在超导轨道上，改变电力储存和传输的方式，并彻底改变医学成像。”

(截图自华尔街日报)

超导体证明了物理学家所说的迈斯纳效应(Meissner effect)，即一种材料会排出其磁场。他补充说，如果你把超导体放在磁铁附近，它就会悬浮起来。

2020年，他的团队报告说，他们已经创造了一种由氢、硫和碳组合组成的超导体，该超导体在大约室温下工作。问题是，只有在激光烘烤下，在一种被称为钻石砧室的装置中，它才能在两颗钻石的尖端之间被压碎，压力比地球中心的压力还要大。

2020年，他的团队报告说他们已经制造出一种由氢、硫和碳组合组成的超导体，可以在大致室温下运行。 问题是它只有在被称为金刚石砧座的装置中被激光烘烤并在两颗钻石的尖端之间被压碎后才起作用。

对于周三发表在《自然》杂志上的这项新研究，研究人员调整了他们的超导体配方——在氢中加入氮和一种称为镥的稀土金属，而不是硫和碳——并再次将其加热并挤压。

（图源： Ranga Dias et al., University of Rochester）

在观察材料的色调在被压缩时如何从蓝色变为粉红色再变为红色后，他们将所得材料命名为“红物质(reddmatter)”。 Dias博士说，这个绰号的灵感来自2009年好莱坞大片《星际迷航》(Star Trek)中虚构的黑洞形成物质。

罗切斯特实验室发现，“reddmatter”可能存在于69华氏度和145,000磅/平方英寸 (psi) 的压力下——大约是地核压力的1/360。 与2020年的前身相比，温度升高约10华氏度，压力下降约1,000倍。

位于塔拉哈西的佛罗里达州立大学国家强磁场实验室的研究科学家Stanley Tozer说:“这些结果对科学界来说是一个突破，这是由(Dias博士)敏锐的化学直觉促成的。

虽然与人们在海平面上所承受的压力(大约15 psi)相差甚远，但新压力在“工程师可以着手开发商业上可行的产品的范围内，”Tozer博士说，并补充说，“它只是让超导性在商业上变得可行。” 例如，工程师和材料科学家可以使用涉及芯片制造和合成钻石的专业技术和仪器实现大约145,000 psi的压力。

“在未来五年内，我们将拥有带有超导组件的设备，”该研究的合著者、拉斯维加斯内华达大学的物理学家Ashkan Salamat说。 这意味着我们的手机和笔记本电脑将需要更少的电力来运行，并且不会以热量的形式损失能量——从而延长它们的电池寿命。 相同的组件可以集成到电动汽车电池中。

Salamat博士说，在日常温度和压力下工作的超导体也可以帮助解决气候变化等问题。

“例如，超导电网可以无限期地储存太阳能或风能，并在没有损失的情况下远距离传输，”他说。 美国能源信息署(EIA)估计，2017年至2021年期间，该国在输配电过程中平均损失了5%的电力。更高效的能源存储和传输意味着总体能源使用减少，从而减少碳排放。 他说，超导体还可以为更便宜、更好的核聚变机器铺平道路——长期以来，核聚变一直被视为清洁、几乎取之不尽的潜在能源。

核聚变反应结合原子并在此过程中释放大量能量，不会产生任何放射性废物或温室气体。 许多聚变机器依靠磁场来限制反应——而超导体可以产生一些最强的磁场。 问题在于保持这些超导体冷却所需的笨重、昂贵的冷却设备。 Dias博士说，像“reddmatter”这样的超导体在室温下会产生巨大的磁场，在未来十年左右的时间里，它可能会改变聚变反应堆的建造过程。

Salamat博士说，无创医学成像也可以受益于在接近环境条件下工作的超导体。 大多数磁共振成像(MRI)机器都依赖于超导磁体，超导磁体是通过使电流通过超导线线圈产生磁场而制成的。 Salamat博士说，这些线圈使用液氦进行冷却，液氦是一种稀缺且昂贵的资源，限制了MRI系统的安装位置。 室温超导体可以实现更小、更便携且不需要保持低温的MRI机器。

“现在，这些都是非常伟大的工程壮举，明天不会发生。 但由于这一发现和其他类似发现，这些将在未来十年左右出现，”他说。

虽然Dias博士的研究显示出希望，但他的团队过去的一些工作一直是其他科学家审查的目标。 他们2020年的研究详细介绍了另一种室温超导体，但由于其他研究人员无法复制结果并质疑显示材料中迈斯纳效应的数据的有效性，该研究于去年被《自然》杂志撤回。

日内瓦大学物理学家Dirk van der Marel没有参与这项新研究或Dias博士的其他工作，他也是对2020年数据提出问题的人之一。

Dias博士说，在他和他的同事分别在伊利诺伊州和纽约州的阿贡国家实验室和布鲁克海文国家实验室的其他科学家面前收集了新数据后，已将撤回的论文重新提交给《自然》杂志。 他补充说，他的团队在新论文的同行评审过程中提供了所有关于“reddmatter”的数据。

尽管van der Marel博士说这项新研究似乎恰当地证明了“reddmatter”的影响，但他说他“对整件事感到非常不舒服”。

他补充说，数据中“可能潜伏着类似的问题”。

芝加哥伊利诺伊大学物理学和化学教授Russell Hemley说，富含氢的材料在室温下可以实现超导性的想法已经得到其他研究小组的证实，他没有参与这项新研究，但与Dias博士一起合作开展其他项目。

“所以这些结果应该是毋庸置疑的，即使人们对他们早期论文中数据呈现的某些方式存在担忧。” Hemley博士说。

Dias博士表示，他的团队已经在寻求调整他们的“reddmatter”配方，以试图在更高的温度和更低的压力下实现超导性。

Dias博士说，一种想法是将类似于镥的其他稀土元素加入混合物中，尽管这些稀有元素很昂贵。 他希望尝试一种不同的方法——也许是铝和其他材料——制造成本更低，并且可以模仿镥的效果。

该小组将开始使用机器学习来选择他们的下一个超导体配方。 他们正在使用这项新工作和之前实验的数据训练算法，以帮助人工智能更好地预测氢和其他元素的哪些组合可能产生超导材料。

Salamat博士说：“大自然母亲允许我们使用不同的途径来达到这些非凡的超导状态，这是了不起的。”他补充说，将压力降至零是该小组的下一个目标。

Dias博士说，他相信成就即将到来：“这只是时间问题。””