室溫超導(dǎo)技術(shù)，可以讓物體在接近或等于常溫常壓的條件下實(shí)現(xiàn)超導(dǎo)電性，意味著材料能夠在沒有電阻的狀態(tài)下傳輸電流，也意味著一旦實(shí)現(xiàn)這一技術(shù)，將徹底改變電力工程、交通運(yùn)輸、信息技術(shù)和科學(xué)儀器等多個(gè)領(lǐng)域，因此室溫超導(dǎo)技術(shù)也被冠以“凝聚態(tài)物理學(xué)的圣杯”，備受矚目。

而在去年，美國羅切斯特大學(xué)蘭加·迪亞斯（Ranga Dias）研究談對(duì)宣稱，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了科學(xué)界追求多年的室溫超導(dǎo)。然而，這場(chǎng)轟動(dòng)學(xué)術(shù)界的發(fā)現(xiàn)，如今卻被坐實(shí)存在實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)偽造、抄襲等多項(xiàng)學(xué)術(shù)不端行為。

迪亞斯的“trick”

1911年，荷蘭物理學(xué)家卡麥林·昂尼斯（Heike Kamerlingh Onnes）在實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)汞的溫度降至4.2K（-268.9℃）時(shí)，其電阻突然將為零，這是超導(dǎo)現(xiàn)象的首次出現(xiàn)。

到了1950年，金茲堡-朗道理論被提出，這一理論不僅是朗道對(duì)稱破缺思想最偉大的應(yīng)用，也開創(chuàng)了物理學(xué)中有效場(chǎng)論方法應(yīng)用的先河。1957年，John Bardeen、Leon Cooper和John Schrieffer提出了由他們?nèi)耸鬃帜附M成的BCS理論，解釋了超導(dǎo)現(xiàn)象的微觀機(jī)制，為超導(dǎo)體的研究奠定了理論基礎(chǔ)。

基于這一理論，科學(xué)家McMillan提出，超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度可能存在上限，一般認(rèn)為不會(huì)超過40K。這就是歷史上著名的麥克米蘭極限。

理論奠定之后，便是水磨工夫，因?yàn)橄胍共牧暇邆涑瑢?dǎo)特性，需要極低溫度，這導(dǎo)致超導(dǎo)材料并不具備普遍特性，即便生產(chǎn)出來，使用成本也非常昂貴。因此，在常溫常壓下也能讓材料展示出超導(dǎo)特性，也就是室溫超導(dǎo)，成為超導(dǎo)技術(shù)普遍化必須邁過的門檻。

時(shí)間來到2023年，美國羅切斯特大學(xué)的迪亞斯和韓國研究團(tuán)隊(duì)都宣稱自己發(fā)現(xiàn)了“室溫超導(dǎo)”，險(xiǎn)些讓這一年成為室溫超導(dǎo)元年。但很快，科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)韓國團(tuán)隊(duì)所推出的室溫超導(dǎo)材料LK-99在各實(shí)驗(yàn)室中復(fù)現(xiàn)的結(jié)果并不一致。

與此同時(shí)，韓國超導(dǎo)學(xué)會(huì)也成立了“LK-99驗(yàn)證委員會(huì)”來檢驗(yàn)這一成果的真實(shí)性。根據(jù)兩篇論文中提供的數(shù)據(jù)和已發(fā)布的視頻，韓國超導(dǎo)學(xué)會(huì)宣布LK-99不能被稱為室溫超導(dǎo)體。

迪亞斯的室溫超導(dǎo)論文則更為神奇，其內(nèi)容無法復(fù)現(xiàn)，受到了科學(xué)界的廣泛質(zhì)疑。隨后迪亞斯發(fā)表的室溫超導(dǎo)研究論文先后兩次被《自然》撤回，其他兩篇論文也遭到了撤回。

為此美國學(xué)術(shù)研究的主要資助者國家科學(xué)基金會(huì)（NSF）針對(duì)這一事件開始展開調(diào)查，調(diào)查時(shí)間長達(dá)十個(gè)月，于今年2月8日結(jié)束。迪亞斯所處的羅切斯特大學(xué)聘用的調(diào)查小組審查了針對(duì)迪亞斯的16項(xiàng)指控，并得出結(jié)論稱，其每一項(xiàng)指控均有可能存在學(xué)術(shù)不端行為。而早在2021-2022年見，羅切斯特大學(xué)便已經(jīng)進(jìn)行了三次針對(duì)迪亞斯超導(dǎo)體研究學(xué)術(shù)不端行為的調(diào)查，但均未發(fā)現(xiàn)確鑿證據(jù)。

除了數(shù)據(jù)造假以外，迪亞斯還被指控存在抄襲行為。目前，羅切斯特大學(xué)正打算于2024-2025學(xué)年末到期之前解雇迪亞斯。至此，這輪備受關(guān)注的室溫超導(dǎo)終究以一場(chǎng)鬧劇落下了帷幕，但室溫超導(dǎo)技術(shù)的發(fā)展并未停止。

持續(xù)推進(jìn)的室溫超導(dǎo)

什么才算是真正的室溫超導(dǎo)呢？科學(xué)界所認(rèn)定的室溫超導(dǎo)，即在溫度為300K，能同時(shí)出現(xiàn)絕對(duì)零電阻和完全抗磁性的材料。不過目前為止，還沒有任何一個(gè)研究團(tuán)隊(duì)能夠做出來常壓室溫超導(dǎo)體，哪怕高壓的室溫超導(dǎo)體也沒有做出來。

但這并不意味著超導(dǎo)技術(shù)在這么多年的發(fā)展中并沒有進(jìn)步，科學(xué)界正在向著室溫超導(dǎo)的方向逼近。

1987年美國華裔科學(xué)家朱經(jīng)武與中國臺(tái)灣物理學(xué)家吳茂昆以及大陸科學(xué)家趙忠賢相繼在釔-鋇-銅-氧系材料上把臨界超導(dǎo)溫度提高到90K以上，突破了液氮的“溫度壁壘（77K）”。

2008年，日本科學(xué)家發(fā)現(xiàn)了鐵基超導(dǎo)材料，其最高臨界溫度超過了麥克米蘭極限。同年，趙忠賢院士帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)將鐵基超導(dǎo)體的臨界溫度提高到了55K，推動(dòng)中國高溫超導(dǎo)研究走在了世界最前沿，并一直保持到現(xiàn)在。

2012 年，清華大學(xué)的薛其坤及其合作者發(fā)現(xiàn)生長在SrTiO3襯底上的單原子層FeSe具有高于77K的超導(dǎo)臨界溫度，這也是目前鐵基超導(dǎo)體的最高超導(dǎo)臨界溫度記錄。

到2014年，吉林大學(xué)教授馬琰銘、崔田團(tuán)隊(duì)各自通過理論計(jì)算預(yù)測(cè)：硫化氫在160GPa下超導(dǎo)臨界溫度為80K；硫化氫與氫的復(fù)合結(jié)構(gòu)在200GPa下超導(dǎo)臨界溫度在191K至204K之間。

2015年，德國馬普學(xué)會(huì)化學(xué)研究所物理學(xué)家Mikhail Eremets團(tuán)隊(duì)在高壓條件下的硫化氫結(jié)構(gòu)中達(dá)到了203K的超導(dǎo)臨界溫度。2019年，Eremets團(tuán)隊(duì)再次在《自然》發(fā)文報(bào)告了鑭-氫化物在170GPa、250K（約-23℃）的超導(dǎo)性，這也是此前高溫超導(dǎo)體的最高臨界溫度紀(jì)錄。

當(dāng)然，目前的這些成功還遠(yuǎn)遠(yuǎn)稱不上室溫超導(dǎo)，但相比最開始那無比嚴(yán)苛的條件下才能實(shí)現(xiàn)超導(dǎo)特性，如今的材料實(shí)現(xiàn)超導(dǎo)特性的條件已經(jīng)相對(duì)“寬容”的多。

值得一提的是，超導(dǎo)材料的探索難度極大，許多人調(diào)侃堪比“煉丹”，過去主要結(jié)合科學(xué)家的經(jīng)驗(yàn)將各種元素混合在一起，然后再通過各種壓力和溫度條件下測(cè)試該材料是否超導(dǎo)，因此效率極低。

但如今，國內(nèi)的科研機(jī)構(gòu)已經(jīng)開始借助超級(jí)計(jì)算機(jī)建立起龐大的數(shù)據(jù)庫，并利用AI進(jìn)行數(shù)字模擬測(cè)試，極大地提升了實(shí)驗(yàn)效率。并且不同科學(xué)家所做的實(shí)驗(yàn)，都可以進(jìn)入到一個(gè)數(shù)據(jù)庫中，進(jìn)而能訓(xùn)練處一套可靠的預(yù)測(cè)系統(tǒng)。并通過計(jì)算或?qū)嶒?yàn)測(cè)量一個(gè)新材料的基本性能參數(shù)之后，能夠更加高效地判斷這款材料在室溫超導(dǎo)上的潛力。

不過室溫超導(dǎo)仍然是一個(gè)極具挑戰(zhàn)性的科學(xué)問題，好消息是，目前中國在超導(dǎo)基礎(chǔ)研究方面已經(jīng)走在了世界前列，并伴隨著國內(nèi)AI大模型、超算、材料基因組等新技術(shù)，加速推動(dòng)超導(dǎo)的研究。

寫在最后

迪亞斯的室溫超導(dǎo)最終還是以一場(chǎng)鬧劇收官，但超導(dǎo)技術(shù)所引起的社會(huì)熱議還是值得關(guān)注。證明人們依然在期待這項(xiàng)基礎(chǔ)科研的進(jìn)度，以及渴望這項(xiàng)技術(shù)突破后所帶來的科技發(fā)展。這種熱度，也將有助于科學(xué)的持續(xù)進(jìn)步。

不過需要說明的是，即便室溫超導(dǎo)技術(shù)得以實(shí)現(xiàn)，也無法立刻改變我們的社會(huì)。就好像牛頓發(fā)現(xiàn)了萬有引力，愛因斯坦提出了相對(duì)論與質(zhì)能方程，圖靈奠定了AI的基礎(chǔ)一樣，這些技術(shù)的突破，還需要時(shí)間來實(shí)現(xiàn)。

美室溫超導(dǎo)作者被坐實(shí)造假，但室溫超導(dǎo)技術(shù)研發(fā)并未停止

室溫超導(dǎo)技術(shù)，可以讓物體在接近或等于常溫常壓的條件下實(shí)現(xiàn)超導(dǎo)電性，意味著材料能夠在沒有電阻的狀態(tài)下傳輸電流，也意味著一旦實(shí)現(xiàn)這一技術(shù)，將徹底改變電力工程、交通運(yùn)輸、信息技術(shù)和科學(xué)儀器等多個(gè)領(lǐng)域，因此室溫超導(dǎo)技術(shù)也被冠以“凝聚態(tài)物理學(xué)的圣杯”，備受矚目。

而在去年，美國羅切斯特大學(xué)蘭加·迪亞斯（Ranga Dias）研究談對(duì)宣稱，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了科學(xué)界追求多年的室溫超導(dǎo)。然而，這場(chǎng)轟動(dòng)學(xué)術(shù)界的發(fā)現(xiàn)，如今卻被坐實(shí)存在實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)偽造、抄襲等多項(xiàng)學(xué)術(shù)不端行為。

迪亞斯的“trick”

1911年，荷蘭物理學(xué)家卡麥林·昂尼斯（Heike Kamerlingh Onnes）在實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)汞的溫度降至4.2K（-268.9℃）時(shí)，其電阻突然將為零，這是超導(dǎo)現(xiàn)象的首次出現(xiàn)。

到了1950年，金茲堡-朗道理論被提出，這一理論不僅是朗道對(duì)稱破缺思想最偉大的應(yīng)用，也開創(chuàng)了物理學(xué)中有效場(chǎng)論方法應(yīng)用的先河。1957年，John Bardeen、Leon Cooper和John Schrieffer提出了由他們?nèi)耸鬃帜附M成的BCS理論，解釋了超導(dǎo)現(xiàn)象的微觀機(jī)制，為超導(dǎo)體的研究奠定了理論基礎(chǔ)。

基于這一理論，科學(xué)家McMillan提出，超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度可能存在上限，一般認(rèn)為不會(huì)超過40K。這就是歷史上著名的麥克米蘭極限。

理論奠定之后，便是水磨工夫，因?yàn)橄胍共牧暇邆涑瑢?dǎo)特性，需要極低溫度，這導(dǎo)致超導(dǎo)材料并不具備普遍特性，即便生產(chǎn)出來，使用成本也非常昂貴。因此，在常溫常壓下也能讓材料展示出超導(dǎo)特性，也就是室溫超導(dǎo)，成為超導(dǎo)技術(shù)普遍化必須邁過的門檻。

時(shí)間來到2023年，美國羅切斯特大學(xué)的迪亞斯和韓國研究團(tuán)隊(duì)都宣稱自己發(fā)現(xiàn)了“室溫超導(dǎo)”，險(xiǎn)些讓這一年成為室溫超導(dǎo)元年。但很快，科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)韓國團(tuán)隊(duì)所推出的室溫超導(dǎo)材料LK-99在各實(shí)驗(yàn)室中復(fù)現(xiàn)的結(jié)果并不一致。

與此同時(shí)，韓國超導(dǎo)學(xué)會(huì)也成立了“LK-99驗(yàn)證委員會(huì)”來檢驗(yàn)這一成果的真實(shí)性。根據(jù)兩篇論文中提供的數(shù)據(jù)和已發(fā)布的視頻，韓國超導(dǎo)學(xué)會(huì)宣布LK-99不能被稱為室溫超導(dǎo)體。

迪亞斯的室溫超導(dǎo)論文則更為神奇，其內(nèi)容無法復(fù)現(xiàn)，受到了科學(xué)界的廣泛質(zhì)疑。隨后迪亞斯發(fā)表的室溫超導(dǎo)研究論文先后兩次被《自然》撤回，其他兩篇論文也遭到了撤回。

為此美國學(xué)術(shù)研究的主要資助者國家科學(xué)基金會(huì)（NSF）針對(duì)這一事件開始展開調(diào)查，調(diào)查時(shí)間長達(dá)十個(gè)月，于今年2月8日結(jié)束。迪亞斯所處的羅切斯特大學(xué)聘用的調(diào)查小組審查了針對(duì)迪亞斯的16項(xiàng)指控，并得出結(jié)論稱，其每一項(xiàng)指控均有可能存在學(xué)術(shù)不端行為。而早在2021-2022年見，羅切斯特大學(xué)便已經(jīng)進(jìn)行了三次針對(duì)迪亞斯超導(dǎo)體研究學(xué)術(shù)不端行為的調(diào)查，但均未發(fā)現(xiàn)確鑿證據(jù)。

除了數(shù)據(jù)造假以外，迪亞斯還被指控存在抄襲行為。目前，羅切斯特大學(xué)正打算于2024-2025學(xué)年末到期之前解雇迪亞斯。至此，這輪備受關(guān)注的室溫超導(dǎo)終究以一場(chǎng)鬧劇落下了帷幕，但室溫超導(dǎo)技術(shù)的發(fā)展并未停止。

持續(xù)推進(jìn)的室溫超導(dǎo)

什么才算是真正的室溫超導(dǎo)呢？科學(xué)界所認(rèn)定的室溫超導(dǎo)，即在溫度為300K，能同時(shí)出現(xiàn)絕對(duì)零電阻和完全抗磁性的材料。不過目前為止，還沒有任何一個(gè)研究團(tuán)隊(duì)能夠做出來常壓室溫超導(dǎo)體，哪怕高壓的室溫超導(dǎo)體也沒有做出來。

但這并不意味著超導(dǎo)技術(shù)在這么多年的發(fā)展中并沒有進(jìn)步，科學(xué)界正在向著室溫超導(dǎo)的方向逼近。

1987年美國華裔科學(xué)家朱經(jīng)武與中國臺(tái)灣物理學(xué)家吳茂昆以及大陸科學(xué)家趙忠賢相繼在釔-鋇-銅-氧系材料上把臨界超導(dǎo)溫度提高到90K以上，突破了液氮的“溫度壁壘（77K）”。

2008年，日本科學(xué)家發(fā)現(xiàn)了鐵基超導(dǎo)材料，其最高臨界溫度超過了麥克米蘭極限。同年，趙忠賢院士帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)將鐵基超導(dǎo)體的臨界溫度提高到了55K，推動(dòng)中國高溫超導(dǎo)研究走在了世界最前沿，并一直保持到現(xiàn)在。

2012 年，清華大學(xué)的薛其坤及其合作者發(fā)現(xiàn)生長在SrTiO3襯底上的單原子層FeSe具有高于77K的超導(dǎo)臨界溫度，這也是目前鐵基超導(dǎo)體的最高超導(dǎo)臨界溫度記錄。

到2014年，吉林大學(xué)教授馬琰銘、崔田團(tuán)隊(duì)各自通過理論計(jì)算預(yù)測(cè)：硫化氫在160GPa下超導(dǎo)臨界溫度為80K；硫化氫與氫的復(fù)合結(jié)構(gòu)在200GPa下超導(dǎo)臨界溫度在191K至204K之間。

2015年，德國馬普學(xué)會(huì)化學(xué)研究所物理學(xué)家Mikhail Eremets團(tuán)隊(duì)在高壓條件下的硫化氫結(jié)構(gòu)中達(dá)到了203K的超導(dǎo)臨界溫度。2019年，Eremets團(tuán)隊(duì)再次在《自然》發(fā)文報(bào)告了鑭-氫化物在170GPa、250K（約-23℃）的超導(dǎo)性，這也是此前高溫超導(dǎo)體的最高臨界溫度紀(jì)錄。

當(dāng)然，目前的這些成功還遠(yuǎn)遠(yuǎn)稱不上室溫超導(dǎo)，但相比最開始那無比嚴(yán)苛的條件下才能實(shí)現(xiàn)超導(dǎo)特性，如今的材料實(shí)現(xiàn)超導(dǎo)特性的條件已經(jīng)相對(duì)“寬容”的多。

值得一提的是，超導(dǎo)材料的探索難度極大，許多人調(diào)侃堪比“煉丹”，過去主要結(jié)合科學(xué)家的經(jīng)驗(yàn)將各種元素混合在一起，然后再通過各種壓力和溫度條件下測(cè)試該材料是否超導(dǎo)，因此效率極低。

但如今，國內(nèi)的科研機(jī)構(gòu)已經(jīng)開始借助超級(jí)計(jì)算機(jī)建立起龐大的數(shù)據(jù)庫，并利用AI進(jìn)行數(shù)字模擬測(cè)試，極大地提升了實(shí)驗(yàn)效率。并且不同科學(xué)家所做的實(shí)驗(yàn)，都可以進(jìn)入到一個(gè)數(shù)據(jù)庫中，進(jìn)而能訓(xùn)練處一套可靠的預(yù)測(cè)系統(tǒng)。并通過計(jì)算或?qū)嶒?yàn)測(cè)量一個(gè)新材料的基本性能參數(shù)之后，能夠更加高效地判斷這款材料在室溫超導(dǎo)上的潛力。

不過室溫超導(dǎo)仍然是一個(gè)極具挑戰(zhàn)性的科學(xué)問題，好消息是，目前中國在超導(dǎo)基礎(chǔ)研究方面已經(jīng)走在了世界前列，并伴隨著國內(nèi)AI大模型、超算、材料基因組等新技術(shù)，加速推動(dòng)超導(dǎo)的研究。

寫在最后

迪亞斯的室溫超導(dǎo)最終還是以一場(chǎng)鬧劇收官，但超導(dǎo)技術(shù)所引起的社會(huì)熱議還是值得關(guān)注。證明人們依然在期待這項(xiàng)基礎(chǔ)科研的進(jìn)度，以及渴望這項(xiàng)技術(shù)突破后所帶來的科技發(fā)展。這種熱度，也將有助于科學(xué)的持續(xù)進(jìn)步。

不過需要說明的是，即便室溫超導(dǎo)技術(shù)得以實(shí)現(xiàn)，也無法立刻改變我們的社會(huì)。就好像牛頓發(fā)現(xiàn)了萬有引力，愛因斯坦提出了相對(duì)論與質(zhì)能方程，圖靈奠定了AI的基礎(chǔ)一樣，這些技術(shù)的突破，還需要時(shí)間來實(shí)現(xiàn)。