深度解读“人类首次实现室温超导”：思路并无

作者：王韵壹、李英、熊慧卿

这篇刊登在《自然》封面的研究，和之前的研究思路并没有太大区别，它唯一的重要性就是把临界温度纪录又提高了。“最终总有一天，我们有希望在这一类材料里面达到室温下稳定的超导材料，而不再需要这么高的压力条件，那个时候超导研究的历史性突破就真的实现了。”

室温超导体材料能够在无需冷却的条件下零电阻导电，一旦实现，将对我们的电网基础设施、高精尖物理科研设备、量子计算、通信设备等诸多领域产生革命性影响。

百余年来，科学家们一直在探索超导的理论极限，据统计，通过超导研究直接获得诺贝尔奖的科学家已有 10 位，其重要性可见一斑。美中不足的是，之前所有超导体均需要在极低的冷却温度环境下才能工作，这大大限制了它作为一项利基技术进行大范围应用的步伐。

最近 5 年，室温超导作为终极冲刺目标，世界各国科研团队在实验室中展开了超级竞赛，其中一个团队终于刷新纪录。

10 月 15 日，《自然》杂志以封面报道形式刊登了这项成果，新发现被誉为“第一个室温超导体”，论文通讯作者为美国罗切斯特大学工程与应用科学学院的助理教授兰加 • 迪亚斯（Ranga Dias），他们报告了一种含有氢、硫和碳的化合物，可在高达 287.7±1.2K（约 15°C）的临界温度下实现室温超导性。与之对照，上一次实现的最高超导临界温度纪录是 260K（约 - 13.15°C），由乔治华盛顿大学和华盛顿卡内基研究所的一个竞争小组在 2018 年实现。

与之前的超导实验类似，这次实验需要极高的压力。罗切斯特大学的新纪录是在高达 267±10 吉帕（GPa，109帕斯卡）的压力条件下实现，这大约为 250 万个大气压，是地下 4500 公里深处的压力。

这一突破是否意味着室温超导时代即将到来？

图｜室温超导材料的概念图（来源：Nature）

超导 “升温” 百年角逐

1911 年，科学家们最早观察到超导现象。第一批超导体材料只有在极冷的温度下才会失去电阻，最初实验温度接近绝对零度。零 K，也即 - 273.15℃。此后数十年，科学家经过一系列努力，缓慢地将这个温度提升至 23.2K。

到上世纪 80 年代，物理学家们试图通过各类材料组合探索所谓的 “高温” 超导体，超导材料家族扩展到包括金属和合金、铜氧化物、重费米子、有机超导、铁基超导体以及其他氧化物超导体等，逐步把超导材料的临界温度提升上来。

1986 年，设在瑞士苏黎世的美国 IBM 公司研究中心报道了一种镧钡铜氧化物，具有 35K 的高温超导性，标志着新一类铜氧化物高温超导体的出现。此后多个研究团队开始陆续公布进展。

科学家麦克米兰曾根据获 1972 年诺贝尔奖的 BCS 理论计算，认为超导临界温度最高不太可能超过 40K（约 - 233℃），他的推算得到了国际学术界的普遍认同，40K 因此被称为“麦克米兰极限”，成为超导材料要跨越的一个标志性温度。1986 年，美国贝尔实验室报告的超导材料，其临界超导温度就达到了 40K。

极限仍未结束。1987 年，中国科学家赵忠贤研究团队和美国朱经武、吴茂昆团队各自独立在钇钡铜氧系材料（Ba-Y- Cu-O） 中发现超导电性，并把超导临界温度从 40K 迅速提升到 93.2K，大大突破了麦克米兰极限，铜氧化物成为第一个真正意义上的高温超导家族，而赵忠贤等人的发现，也使得超导体所必须的低温环境，可由原本昂贵的液氦替代为便宜而好用的液氮来创造，液氮温区超导体为超导材料实用化打开了大门。

最新的这项研究，其实是几十年前科学家们曾预测的另一个方向，即氢元素在受到充分挤压时，可能在室温下变成金属，然后变成超导体。

2015 年，德国物理学家米哈伊尔 · 埃雷梅茨 (Mikhail Eremets) 研究小组曾报告，硫化氢可在 203K（约 - 70°C）温度下出现超导电性，但需要施加高压到 220 万个大气压才能实现，但这个数值突破了铜氧化物超导材料保持多年的 164 K 纪录，这意味着在极端高压下，氢元素化合物中存在高温超导可能。

图｜罗切斯特大学 Ranga Dias 实验室展示了用于制造室温超导体的设备，包括钻石砧盒（蓝盒）和激光阵列（来源：University of Rochester）