資料圖。圖/IC photo
近日，在美國一場專業學術報告上，主講者美國羅徹斯特大學的朗加·迪亞斯宣布，他們已經創造出一種在室溫和相對較低壓力條件下工作的超導體。他們研究的結果發現，新材料在約21攝氏度室溫條件下，加壓到1吉帕斯卡（GPa），相當於1萬個標準大氣壓，就會出現超導現象。
這個結果不只是讓全球物理學界沸騰，而且驚動了與超導相關的領域，甚至社會各界。
直接意義是降低輸電損耗
如果這項研究成果真實可靠，將意味著，科學家追尋80多年的室溫超導夢想變成了現實。隨之而來的是這一成果將改變人類各方面的生活，不亞於高錕1966年發表的《光頻率介質纖維表面波導》的論文。後者開創性地提出光導纖維在通信上應用的基本原理，後來成就了今天的網際網路。
超導是指電流可以在材料中零電阻通過，但是溫度阻止了這種情況。因此，超導是指在某一溫度下電阻為零。這也意味著，超導不僅僅具有零電阻的特性，還有完全抗磁性，可以讓超導體在傳輸電流的過程中幾乎沒有能量耗損，每平方厘米橫截面積的超導材料上能承載更強的電流，而一般常規材料在導電過程中會消耗大量能量。
如果在不同溫度下實現超導，就可以應用於人們生活的方方面面，而目前部分環境和產業已經實現這一目標。比如，超導可以應用到磁懸浮列車、核磁共振成像、超導電纜、量子計算機、手機基站接收信號系統、超導濾波器等。
其中，電在今天的人類生活中最實用。如果超導材料成熟並應用，可以極大降低輸電過程的損耗。
現在的輸電線是銅或鋁導線，而且採用的通常是遠距離輸送，僅在中國每年的輸電損耗就是15%，約1000億度。但是，如果利用超導材料製成輸電線，以穩定的零電阻超導態遠距離輸電，理論上幾乎可以把損耗降到零，哪怕是電損降低到1%，也將極大有利於產電和節能，減少用於發電的污染能源。
轉化為商業還有很長的路要走
從超導研究的歷史也可以看到超導對人類的重要性。1911年，卡末林·昂內斯意外發現，將汞冷卻到－268.98℃時，汞的電阻突然消失。後來他發現許多金屬和合金都具有與上述汞相類似的低溫下失去電阻的特性。
這是人類發現超導的開始。現在，迪亞斯團隊的研究論文已發表於《自然》雜誌。但是，其首先需要的是重複驗證。迪亞斯團隊的相似發現就受到過質疑。
2020年10月，迪亞斯團隊在《自然》雜誌發文，聲稱發現了室溫超導。當時，他們公布的一種由氫、硫和碳3種元素組成的新材料可以實現室溫超導，條件是15攝氏度，267吉帕斯卡（GPa）。但是，後來《自然》雜誌指出該研究的數據處理存在違規行為，隨後撤銷了這篇論文。
根據迪亞斯團隊新發表於《自然》的論文介紹，研究人員採用的是氫、氮和鑥構成的材料，能在21℃的溫度下、1GPa（約1萬個大氣壓）的壓力下實現超導。
這種超導最令人振奮和感興趣的是，它的室溫和壓強條件已經遠遠低於之前所有的超導材料，例如合成金剛石需要幾個GPa壓強和1000多攝氏度高溫才具有超導性質。但是，迪亞斯論文中也指出，在這些條件下成功率只有30%。
這也意味著，這種新的氫、氮和鑥合成的超導材料並不穩定，在實際中的應用可能有限，更何況如何把這樣的材料製成產品，如電線。而且，有同行研究人員指出，合成樣品結構不清楚，既然1GPa的壓力比較低，因此樣品可以做得比較大，表徵結構應該可以精確，但是迪亞斯團隊並沒有做。
即便此次的室溫超導是一個革命性的突破，但要轉化為實用和商業化，可能也有很長的路要走，並非是幾年或10多年的時間。
從高錕1966年提出光纖通信到1997年美國世界通信公司開通商用的多波長的波分復用技術線路，用了31年，但到全面應用於網際網路又用了10多年時間。現在，只有在生產中才有超導技術的應用，但以低溫超導（零下269度的液氦環境）和高溫超導（零下196度以上）為主。
如今，迪亞斯團隊研發出21攝氏度室溫和加壓到1萬個標準大氣壓下的超導材料，是一個了不起的創新。如果能證實，將為未來的室溫超導材料的應用奠定堅實的基礎，並有可能極大促進經濟發展，改變人們的生活和提高生活質量。
撰稿 / 張田勘（科普專欄作家）
編輯 / 劉昀昀
校對 / 陳荻雁