那些年室温超导的疑云后来都怎么样了

最近，韩国室温超导“LK-99”名噪一时，

各大媒体平台对它关注有加，

超导学界更是加紧了复现工作 。

然而，不管是实验还是理论计算，

不同的论文结果却 大相径庭 。

有的论文给出了 支持超导 的几项证据[1][2]，

有的却说只是 普通磁性材料 [3]

甚至是 杂质 的假信号[4]。

LK-99的前景也随着论文的更新不停反转，

笼罩在LK-99上的迷雾似乎越发浓重。

近三周来，韩国团队的arxiv文章，让室温超导这一概念又一次被推上浪尖。近些年来，相关的大新闻一个接着一个，挑动着人们的好奇和期待，但是尚且没有一个让人满意的结果。

实际上，人类对室温超导的追求并不是近几年才开始， 在过去十几年里，不断有团队声称找到了室温或接近室温的超导体 。

时间回溯到2020年10月，小编第一次感受到室温超导如此广泛的关注。当时美国迪亚斯（R.Dias）团队有一项室温超导“成果”发表在Nature上[5]，声称绿色激光诱导合成的 碳硫氢（C-S-H）化合物 在267GPa压强下超导转变温度高达 288K 。从此大家讨论的问题涉及到超导时，都要感叹一句：虽然压强高的离谱，但是室温超导终于要来了嘛！

论文前加了个大大的撤回（RETRACTED）

2023年3月初的美国物理学会会议现场图，正面照为带伤上阵的赫希，背影照是迪亚斯 | 图自网络

果然，这个 结果不仅并未得到广泛重复，反而有不少验证性实验否定 ，比如国内的南大团队的实验[7]，物理所团队的实验[8][9]。大家对室温超导的关注也部分转移到了这个两次“发现”室温超导的科学家迪亚斯，开始了解他的来路和过往。结果同行就发现其博士论文与多篇论文存在相似之处,某篇PRL（Physics Review Letter，物理领域权威期刊）也与图表与其他文献惊人相似，指出迪亚斯可能存在学术不端行为，结果C-S-H相关论文也被展开了调查,该篇PRL也被撤稿。

迪亚斯受到的广泛关注与人们愈发意识到超导体的重要性离不开，与现代科学技术的发展分不开。但是实际上，此前就有很多声称找到了室温超导体的例子。例如，2018年两位印度科研人员声称将 纳米银粉加入金纳米阵列 中可以获得 236K 的超导电性[10]，其数据被麻省理工的斯金纳（Brian Skinner）质疑，因为实验数据的 噪音模式是一样的 ，这在真实的实验中是不可能的。后来印度学者来辟谣是“量子噪音效应”……

Ag-Au纳米结构示意图，（a）纳米结构的TEM图像（b）单个结构的HRTEM图像（c）单个结构的HAADF-STEM图像（d）图（c）沿红线的元素分布 | 图自[10]

373K相关内容的arxiv文章,神神秘秘的摘要|来自网页截图

更早的还有很多，2012年有团队宣布经过 纯水特殊处理的石墨粉 在 300K 常压下具有超导电性[12]，2003年有团队声称 n型金刚石与电极、真空耦合后 ，能在 常温常压 下拥有超导相[13]……

我们不得不承认，在真正的室温超导体出现（或者被可靠的理论证实是不可能的）之前， 这样类似的新闻可能会一个接一些 ，并有在可能引起一阵关注、挑起一次股票的波动后，让人们失望而归。不可否认的是，常温超导的真正到来将为世界带来巨大的改变，但探索的道路可能漫长而艰辛，我们不妨怀着 平静的心情去留心，去期待 。

在这里， 我们将这些历史上的部分“室温超导”总结为如下表格 ，这张表格也会随着相关新闻的增加而更新，来帮助我们更加全面地认识相关事件。  

表1 历史上的“室温超导体”

为了便于直观感受这里的压强，举两个例子供参考：大气压为101kPa，即0.0001GPa，地心压强为370GPa。

看了这么多“室温超导”事件，大家也不要失去信心。从元素超导体到铜基到铁基超导体，我们对超导的认识正在一步一步深入。值得关注的是，目前常压下，超导体 Hg-Tl-Ba-Ca-Cu-O 有最高的转变温度，为 138K [15]。而在高压下， LaH₁₀ 材料转变温度达到了 252K [16]，这些都得到了广泛的实验验证。

大家可能会很困惑一个问题，一个材料是不是超导体难道不是一个“非黑即白”的问题，能够很快被广泛地证实或者否定吗 ？这样来，就不至于留下这么多含糊不清的问题，也不至于像LK-99这样让大家已经吃瓜吃了三周之久。实际上，问题没这么简单。

新的超导材料要想获得认可，既需要作者给出令人信服的数据，又需要其他同行能够重复出同样的效果—— 北京的超导材料在纽约同样应该超导，这是物理人执着的信念 。要想确定一种新材料是否具有超导性，总需要用一台仪器对一块样品做点什么。因此，对疑似超导体的验证工作至少可以分成两大部分： 获得一块高质量的样品和对样品完成测试 。

制备样品就不是一件易事。虽然大家经常戏称制备样品就像炼丹，但毕竟不是所有丹药都能让人长生不老（ 好像是所有丹药都不能长生不老 ）。对于超导材料，“高质量样品”往往代表一块大小合适的干净的单晶。用来测试的晶体缺陷要尽可能地少，而 杂质则要几乎完全排除 。因此，晶界杂乱无章而且有大量杂质的多晶虽然容易烧结，但测试结果却很难说服严苛的审稿人和同行。要想制备出能用的样品， 需要昂贵的高纯原料、复杂的烧结条件，以及难以言说的经验和一些运气 。

 华中科大实验组得到的小块儿LK-99样品如图中小黑点，难以支持电阻的测量 | 图自[2]

就算获得了堪用的样品， 怎样用它测出用说服力的数据同样是一件技术活 。常压超导的样品测起来简单些，但也要有很多步骤。样品首先需要清洁、用细砂纸打磨——如果磨的力量轻了，样品表面的杂质没被剥离，就会带来假信号；如果磨得重了，样品又可能直接四分五裂。几毫米长的样品磨好以后，还要并排粘上四根导电电极，用类似中学伏安法电压表内接的方式测试电阻。电极要粘得平行等长，彼此还要留出足够的距离。从打磨到粘电极， 这些显微镜下的精细活都要迅速完成 ，不然样品在空气中氧化变质，前面的工作就会全部前功尽弃了。

高压超导的验证则会更困难。且不说 上百万倍大气压强 的实验条件本身就劝退了大部分实验室参与验证的努力，单考虑测试技术本身就复杂到令人咋舌。要想办法给样品均匀地施加并传导压力而不至于损坏；要将样品连同加压装置一起冷却、加磁场；要从加压机构中引出四根导线连接测试设备的电压表和电流表；还要压制复杂装置和极端条件产生的噪声信号…… 所以高压超导似乎着实有些命途多舛 ：金属氢超导的样品挥发，不了了之；临界温度200余K的碳硫氢虽然名噪一时，但去年终究撤稿；今年三月的镥氮氢超导如今也接近草草收场……

极高压所需的钻石对顶砧示意图 | 图自[17]

说了这么多，室温超导体究竟会出现在哪种材料上呢？

在所有的“室温超导材料”中，理论上最有可能实现、目前研究也最多的的，就是 超氢化物 。根据能够解释常规超导的BCS理论（以三位发现者的名字命名，巴丁，库珀和施里佛）， 超导体的临界温度Tc与构成超导体的原子质量M的平方根成反比 。这样，科学家自然而然地想到，如果想要提高超导临界温度，那么最好的方法就是用最轻的元素——氢。

要想将 常压下沸点-253℃ 的氢气变成固体的导电材料金属氢，就必须施加上几百万大气压的压强。刚好，压强的提高也有利于超导临界温度的提升。于是，世界各地高压超导实验室的金刚石压砧里都注入了氢。但是，将气态的氢压成固体，保持稳定再完成测量，实在太不容易了。几十年过去，直到今天也几乎没人成功制备出金属氢。唯一宣称成功来自三月份声称实现室温超导的美国人迪亚斯[18]。 但被同行质疑后他宣称样品保存不当气化消失了 。这桩悬案就这样让人哭笑不得地不了了之。

超氢化物超导的温度及压强条件，绿色倒三角标记实验结果，蓝色三角标记理论计算结果，红色五角星标记一篇文献给出的计算结果 | 图自[19]

LaH₁₀的零电阻信号 | 图自[16]

或许，未来会有更多的“室温超导材料”出现又被证伪；或许，常压室温超导根本就不存在。 但人类对温和条件下超导的探索不会停止。这是工程学的期盼，也是科学的追求 。小编相信，随着实验技术的进步和基础理论的突破，未来会有更多的“室温超导材料”出现。

未来，我们会与大家一起继续关注。在物理所向涛院士的倡议下， 我们最近将会上线一个网页，搜集过去宣称的“室温超导材料”，追踪室温超导未来的发展 。或许未来某一天，这个网页上会出现真正的常压室温超导材料；或许那一天，因为室温超导站上诺贝尔领奖台的，是我们中国的科学家甚至是工作在物理所的科学家。

本文审核专家：中国科学院物理研究所 罗会仟研究员    刘淼 副研究员