編者按：室溫超導材料是最值得期待得革命性科技突破之一，但是真正的突破一直沒有出現，相反每隔一段時間，有關室溫超導的“大新聞”卻總會跳出來熱鬧一番，從迪亞斯的鬧劇超導，到韓國的燒烤超導，含糊的措辭和更加含糊的實驗數據已經讓人們產生了審美疲勞，那么，到底如何判斷是否真正實現了室溫超導呢？

圖源：scitechdaily.com

這幾年出現了多起 “室溫超導”的事件，但卻沒有一個可以被業界成功驗證的。換句話說，室溫超導可能就是個煙霧彈，基本上屬于“不明超導體”（USO：Unidentified Superconducting Objects）。既然室溫超導目前并不存在，那室溫超導未來是否還值得期待？

我們先從網上一個著名的段子說起：把大象放進冰箱，總共分幾步？答案是分三步：把冰箱門打開，把大象放進去，再把冰箱門關上。類似的，我們也同樣可以問，實現室溫超導，總共分幾步？答案也是三步：首先合成一個材料，然后在室溫下測它的電阻為零，再測它的磁化率是負的抗磁性，就可以證明它是一個室溫超導體了！

這個理論上看似非常簡潔的步驟，在實操起來卻是非常之困難！

我們倒著來，先看看第三步。抗磁性就是材料對外界磁場是負響應，也就是會產生一個與外磁場方向相反的磁化強度，磁化率為負值。如何證明一個材料具有抗磁性呢？簡單嘛！把它扔到一塊強磁鐵上，會懸浮起來唄！這難道就是超導磁懸浮么？并非如此！諾貝獎得主安德烈·海姆曾經把一只青蛙扔進16 -20 T的強磁場里，青蛙也懸浮起來了！沒錯，生活中常見的水，也具有抗磁性，只要磁場足夠強，含水多的物體都能懸浮。生活中還有很多材料也具有抗磁性，比如金屬銅、銀、鉍、鈦等，還有各類含苯環的有機材料，比如你抹的防曬霜，也是抗磁的，但很遺憾，它們都不是室溫超導體。超導體的抗磁性非常之強，強到可以達到抗磁體積-100%，相比之下，其他材料里抗磁最強的就是熱解石墨，抗磁體積僅有-0.04%，而水的抗磁體積不過負十萬分之一左右！所以，如果你在室溫下測不到接近-100%的抗磁性，就不能證明它可能屬于室溫超導體！

話說回來，超導磁懸浮，可不是因為它的抗磁性哦！而是因為它具有另一個獨特的磁場效應——磁通釘扎。也就是磁力線會進入超導體內部，然后被牢牢鎖住，一旦磁通線密度發生變化，超導體就會盡可能地想恢復原狀。如果靠近磁鐵，因為，超導體會對磁鐵產生一個斥力，遠離的話，會產生一個吸力。所以，超導磁懸浮，不僅可以上浮，還能倒過來懸掛在磁鐵下方。這可不是普通抗磁懸浮能做到的！

我們再來看看第二步。如何證明一個材料的電阻為零呢？你可能會說，這不簡單呀！把萬用表兩根電極直接往上一戳，你看，電阻示數為零吧？但，重點來了，萬用表的電極跟材料的接觸不良會造成一個很大的接觸電阻，所以無論材料電阻多大，表的示數不會是零。要測量一個電阻很小的材料，必須采用四電極法才能避開接觸電阻的影響。那即使我們采用四電極法，且用了比萬用表更加精密的電流表電壓表呢？也未必能確定材料電阻為零！萬一是它的電阻很小很小，小到超出了儀表精度呢？嗯，是不是沒有想象那么容易？事實上，如果一個材料電阻為零，那么無論你用如何精密的儀器去測量它，只要電流保持在一定范圍之下（注：低于超導體臨界電流），都得到直流電阻為零，表現為儀器讀數總在最小精度左右，而且一會兒為正，一會兒為負，因為儀器近乎“失靈了”！目前最好的實驗精度告訴我們，超導體的電阻率上限在10-24 Ω·m，比導電最好的銅銀金等還低了十幾個數量級，這還只是上限而已。如果我們把一個超導圓環通上電流，假設它永遠保持超導狀態，就會發現電流需要很長很長的時間才會衰減掉，計算得到的這個時間甚至比我們宇宙的年齡還要長！所以，超導體電阻是絕對為零！

好了，第三步和第二步看似都解決了，第一步怎么辦呢？很遺憾的是，估計99.99999%的人，都卡在了第一步。因為至今為止，我們并不清楚室溫超導，它究竟是一個什么樣的材料？材料的形態、組分、元素配比、晶體結構等等，一概不知！我們能告訴你的是，目前人類發現了數十萬種無機化合物，其中大約有1~3萬種屬于超導材料，絕大部分超導臨界溫度都在40 K，也就是大約-233℃以下。目前常壓下最高超導臨界溫度為134 K，也就是-139℃左右。如果不考慮不靠譜的迪亞斯的工作，極端高壓下的超導臨界溫度記錄為260 K，也就是-13℃左右。

好嘛！到底什么是室溫超導體呢？室溫超導體，指的就是在室溫下具有絕對零電阻和完全抗磁性的材料。在物理上，嚴格來說，室溫指的就是300 K，也就是26.85℃，實際上比我們感受到的舒適室溫要略高一點點。迪亞斯在2020年聲稱的碳-硫-氫化合物高壓超導溫度，是288 K，在2023年聲稱的镥-氫-氮化合物超導溫度，是294 K，距離真正的室溫超導，還差那么一點點。歷史上，像迪亞斯這樣爆出“室溫超導”驚天大瓜的，實際上層出不窮，但無一例外，都經受不住以上三步的拷問。比如他們測量的電阻根本沒有到零，磁化率其實也遠遠沒有-100%，化學成分遮遮掩掩不敢公開，甚至數據都有可能是故意曲解或捏造的。而且，因為實驗結果無法被其他研究組獨立復現，最終都被鑒定為烏龍事件。

那，室溫超導，還會有嗎？如果要尋找室溫超導體，可以從哪里入手呢？科學家們在尋找室溫超導方面，還是有一些可行性方案的。

方案一：借助超高壓力，生成常壓下無法得到的材料新結構，其中含氫較多的材料都有可能是室溫超導體。這個思路從2015年至今都在不斷嘗試，也確實是找到了許多特別高溫度的超導體，包括前面說的260 K超導體LaH10。只是高壓條件導致測試極為困難，這就讓迪亞斯之流鉆了空子，不過希望之光還在。

方案二：從現有的超導體微觀機制出發，研究哪些相互作用有助于提高超導溫度，然后重新設計構造新的材料，在多種相互作用幫助下一起提高臨界溫度。麻煩在于，我們對絕大部分叫做“非常規超導體”的材料的微觀機制并不了解。

方案三：跳出三維材料的思維框架，在二維材料或者二維界面里尋找復合材料結構下的室溫超導，或者在一維世界里重新組裝原子積木。的確，科學家們在某兩個材料組合下，發現了新的超導或提高了材料原本的超導溫度，還發現了不少準一維的超導體，只是，他們臨界溫度還是太低了。

方案四：借助現在AI的超強算力，通過各種已知超導材料物性的龐大數據庫來開展訓練，即便在超導機制不明的情況下，也可以幫助我們預測出新的超導體，甚至是室溫超導體。這個依賴于數據庫的準確性，和AI的可靠性，目前科學們的行動剛剛開始，已有一些進展，但很遺憾都不是室溫超導。

方案五：干脆跳出地球，去太空冒險采礦，就像電影《阿凡達》里面描述的那樣。或許星際旅行看起來距離我們太遙遠，但人類已經能夠采取月球、火星、彗星、小行星上的樣品了，也在隕石里發現過超導體。誰知道呢？室溫超導體或許就隱藏在距離我們不太遠的某個星球上呢？

怎么樣，以上就是尋找室溫超導體的真實方案，你想不想試一試？

本文來自羅會仟科學網博客。

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