刷朋友圈看到一篇文章，題目是《人類逼近物理圣杯，-23℃超導》，我嚇了一跳，這可不是個小事。
德國馬普所的Eremets等人在氫化鑭體系中實現(xiàn)了250K也就是零下23攝氏度的超導，這個遠超之前世界紀錄的臨界溫度顯示，光從臨界溫度上來看，人類馬上就要接近室溫超導了。但是這么高的超導臨界溫度只能在極高的壓強下出現(xiàn)，到底有多高呢？文中說是170GPa，也就是1.7乘以十的十一次方帕斯卡，大致相當于地球核心壓強的一半兒。
這就沒意思了。一個只能在巨大壓強下出現(xiàn)的室溫超導是沒法應用的，因為高壓裝置和低溫裝置一樣，也不是那么容易制造的。德國科學家用于制造超高壓的裝置是金剛石對頂砧，只能用螞蟻屁股那么大的樣品，就連對其超導性的測試表征都費老鼻子勁了，還談什么應用啊。
所以我覺著，對于室溫超導這個物理圣杯的描述還得再細致一下，最好定義為常壓室溫超導，只能在超高壓下出現(xiàn)的室溫超導雖然也很牛逼，但實用價值就要大打折扣了。
既然說到這兒了，那就簡單介紹一下超導的故事。
超導是指材料的電導率非常高，也就是說電阻為零，它一般在低溫下才會出現(xiàn)。
現(xiàn)在廣泛使用的導體，比如我們用來輸電的電線，都有一定的電阻，電流流過導體的時候，都會有損耗，電能會變成熱量浪費掉。而超導能夠讓遠距離輸電沒有損耗，全世界電網(wǎng)都可以連在一起，徹底破解能源分布不均衡的問題。超導材料制作成線圈，通上電流之后就可以制造強磁場，用于核磁共振人體健康檢查，還能用于約束等離子體制造可控核聚變。
超導現(xiàn)象自被發(fā)現(xiàn)以來，就是物理學界的熱門研究領域。首先是因為它理論意義很大，是凝聚態(tài)物理和量子物理交叉的前沿課題，隱含著物質結構深層次的物理規(guī)律。其次是它有巨大的實用價值。
接下來我們來看看超導現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)和發(fā)展歷程。
1911年，科學家突破了低溫技術，把氦氣給液化了。握了液氦和低溫技術的卡末林·昂尼斯發(fā)現(xiàn)在4K左右，汞的電阻消失了，因此發(fā)現(xiàn)了超導現(xiàn)象。他因此獲得了1913年的諾貝爾物理學獎。
1957年，Bardeen、Copper 和 Schrieffer 提出著名的 BCS 理論，解釋了低溫超導現(xiàn)象，因此榮獲1972年諾貝爾物理學獎。理論預言低溫超導體的臨界溫度不能超過40K，這被稱為麥克米蘭極限。
目前比較實用的金屬型低溫超導材料是鈮合金，臨界溫度為9K多，-264℃，需要用液氦冷卻，因而維護成本很高，但好處是金屬材料易于加工，可以容忍很強的磁場。中科院合肥那個全超導托卡馬克聚變裝置-EAST巨大的磁體就是用這種材料做的，很多核磁共振用的磁體也是這種。
1986年Bednorz 和 Muller成功合成鈣鈦礦結構的鑭鋇銅氧化合物，臨界轉變溫度高達35K，這種材料的超導機制與低溫超導完全不同，因而被稱為高溫超導。1987年，他們獲得諾貝爾物理學獎。
這個成果引爆了超導研究的熱潮，因為這個材料太容易做了，有個馬弗爐就能燒，把材料中的元素換一換就能發(fā)現(xiàn)一個新的超導體系。那段時間，幾乎全世界的材料實驗室都在燒爐子，中國也很是熱鬧了一陣子。很快美國華人物理學家朱經(jīng)武和中科院物理所趙忠賢的團隊將釔鋇銅氧高溫超導的臨界轉變溫度提升到100K以上，77K的液氮溫區(qū)被突破了，從此人們可以用液氮來制造超導了。液氮可比液氦便宜多了，超導的維護成本大幅下降。但是因為高溫超導材料都是陶瓷，不容易加工成復雜的形狀，液氮用起來也很麻煩。
目前，用高溫超導材料做電纜仍然存在一定困難，長度短一點還行，長了就有問題。另外，它在強磁場中會失去超導性，因而也沒法做強磁場的磁體。但是在一些磁場較弱的場景中還是有很多應用，比如微波電子器件等等。
隨后，提高臨界溫度的努力一直在繼續(xù)，鉈鋇鈣銅氧系材料又把臨界超導溫度的記錄提高到125K，鈦鋇鈣銅氧系達到了138K。下一個目標將是195K，這是干冰的升華點，如果超導材料的臨界溫度能超過這個點，那以后就可以用更加便宜的干冰制冷來實現(xiàn)超導了。
高溫超導的理論解釋到現(xiàn)在都沒有徹底完成，Ginsburg和Landau給出了一個階段性的成果，并因此獲得了2003年諾貝爾獎。
這中間有段時間超導研究陷入低谷，理論遲遲沒有突破，也沒有新的材料體系出現(xiàn)。只有2001年，日本科學家報道了二硼化鎂這種簡單的材料在39K，非常接近低溫超導麥克米蘭極限的地方實現(xiàn)了超導。
2008年超導又火了一把，這把火是日本人點的，卻是中國人燒旺的，就是鐵基超導體。2008年日本Hosono小組報道了層狀結構LaFeAsO體系26K的超導電性，中國科學家迅速反應，久違的爐子又燒了起來。趙忠賢、王楠林、陳仙輝等合成了一系列鐵基化合物，其超導臨界溫度突破了麥克米蘭極限，達到55K，說明這個體系是一類高溫超導體。這個成果獲得了2013年國家自然科學一等獎，曾經(jīng)被認為有沖擊諾貝爾獎的可能。
此外還有一些有意思的超導材料體系，比如摻雜金屬原子的富勒烯或者使用了放射性元素的重費米子超導體，這些體系臨界溫度不高，就不展開說了。
與此同時，在材料體系的創(chuàng)新上陷入困境以后，研究者將目光投向了另一個環(huán)境變量，壓強。很早人們就發(fā)現(xiàn)，提高壓強可以提高超導材料的臨界溫度。朱經(jīng)武在高壓下把汞鋇鈣銅氧系的臨界溫度提高到了164K，是當時的最高紀錄。2014年吉林大學崔田教授通過計算預測在200 GPa高壓下，硫化氫的超導臨界溫度在191K 至 204K 之間。這個結果迅速吸引了國際超導研究者的矚目。年底，德國馬普所的Eremets通過實驗證實了這個預測，他們獲得了臨界溫度為190K的硫化氫，一年后，臨界溫度被提高到了203K，干冰溫區(qū)突破了。當然，前面說了，這個結果是在高壓下產(chǎn)生的，實用價值不大，但還是非常振奮人心。
另一個被預言具有神奇超導性的材料是金屬氫。理論預測氫氣在極高的壓強下可能變成類似金屬的導體，也就是金屬氫，它除了是一種高能炸藥之外，還極有可能是一種室溫超導體。這就是為什么人們對它趨之若鶩的原因。2017年，Science雜志報道哈佛大學實驗室成功制造出金屬氫，造成很大轟動。然而一個月后他們宣稱，由于操作失誤，這塊地球上唯一的金屬氫樣本消失了。而且他們再也沒有重復出之前的實驗結果，別人也沒能重復出來。
2018年，MIT麻省理工學院博士，21歲的曹原一天之內(nèi)在NATURE雜志上連續(xù)發(fā)表兩篇文章，論述了雙層石墨烯在重疊角度為1.1°時，會產(chǎn)生超導現(xiàn)象。雖然其臨界溫度只有1.7K，但這是首次發(fā)現(xiàn)超導行為與結構如此特別的對應關系，這一發(fā)現(xiàn)開辟了超導物理乃至凝聚態(tài)物理研究的新方向，無數(shù)學者正在跟進。這個成果是2018年十大科研進展之一。
2018年的7月末，論文預印本網(wǎng)站arXiv上出現(xiàn)了一篇石破天驚的文章，題目翻譯成中文是《室溫和常壓下超導體存在的證據(jù)》，作者是印度科學院Pandey教授。一看這文章名字，這才是堪稱物理圣杯的成果??！文章描述了一種金銀復合納米粒子在230~240K時產(chǎn)生了超導電性，同時說，如果材料更純，制備更仔細一點，臨界溫度可以達到室溫。這篇文章引起了巨大的反響，但同時也受到了不少質疑，有人發(fā)現(xiàn)文章配圖中兩條不同的曲線出現(xiàn)了同樣的誤差規(guī)律，這表示存在很大的偽造數(shù)據(jù)的可能。我把新聞發(fā)給一位做納米材料的教授，詢問他的看法，人家表示印度人的文章還是先打個問號。當然這一切還沒有定論，文章投了NATURE，截至目前，尚未通過審核。
最后就是今天看到的這個成果了，德國馬普所的Eremets等人再接再厲，在氫化鑭體系中實現(xiàn)了250K的臨界溫度，但是同時需要極高的壓強。
可見，科學家們一直沒有放棄突破室溫超導的努力。如果能夠在常壓室溫下實現(xiàn)超導，那就會徹底改變?nèi)祟惖奈磥?。我們將擁有全球?lián)網(wǎng)無損耗的電網(wǎng)系統(tǒng)，有小巧的電動機、發(fā)電機，更加便宜方便的核磁共振診療服務，還有可能更快實現(xiàn)可控核聚變能源應用。
這才是所謂的物理圣杯——室溫超導，也許我們真的會有看到它實現(xiàn)的那一天。
（這里得說一個梗，在超導界，室溫比高溫的溫度要高。）
