凝聚态物理学是当今物理最⼤、最重要的分⽀学科之⼀，凝聚态物理的「圣杯」之⼀就是⾼温超导。本周⼆下午，在拉斯维加斯举⾏的美国物理学会（APS March Meeting）三⽉年度会议上，罗切斯特⼤学的物理学家 Ranga Dias 发表了⼀场座⽆虚席的演讲，他宣布他和他的团队已经实现了该领域的百年梦想：⼀种超导体，能在室温和接近常压的环境下⼯作。
如果谁能在室温条件下实现超导，就可以说开启了⼀场新的技术⾰命：⼈们对于演讲的兴趣极其强烈，以⾄于安保⼈员在演讲开始前 15 分钟就开始阻⽌更多⼈进⼊⼈满为患的房间。Dias 等⼈的研究今天发表在科学顶刊《⾃然》杂志上，该研究成果似乎表明，⼀种传统导体 —— ⼀种由氢、氮和稀⼟⾦属镥组成的固体 —— 被转化为⼀种完美⽆瑕的材料，能够以完美的效率导电。
此前，⼈们只有在极冷的温度或超⾼压⼒下才能观察到超导性 —— 这些条件使实验材料⽆法⽤于⻓期、常规的应⽤，例如⽆损电⼒传输、悬浮⾼速列⻋和平价医疗影像设备。⽽在新研究中，⼈们锻造的化合物成功在 21 摄⽒度（69.8 华⽒度，294K）和⼤约 1 吉帕的压⼒下⽆电阻地传导电流。近百年科学家们在超导材料上的探索路程。
佛罗⾥达⼤学物理学家 James Hamlin 评价说：「如果这是真的，那么他们的研究完全是⾰命性的。室温超导是⼈们⼀个世纪以来的梦想。现有的超导体需要昂贵⽽笨重的冷却系统来⽆摩擦地导电。室温超导体的诞⽣将使得电⽹、计算机芯⽚以及磁悬浮列⻋、核聚变发电所需的超强导体更加⾼效。」21℃，实现室温超导。
这项研究中所涉及的超导形式要求电⼦相互耦合，形成所谓的库珀对（库珀对是美国物理学家 Leon Cooper 于 1956 年⾸次提出的描述在低温下⼀对电⼦或其他费⽶⼦以某⼀⽅式束缚在⼀起的理论）。促进库珀对形成的⼀个因素是与这些电⼦相关的原⼦核之间的⾼频振动（称为声⼦）。这在轻核中更容易安排，⽽氢是周围最轻的。因此，寻找将更多的氢塞⼊化学品的⽅法被认为是⽣产更⾼温度的超导体的可⾏途径。
然⽽，要做到这⼀点，最可靠的⽅法就是承受极⼤的压⼒。这些压⼒可以促使氢⽓进⼊⾦属的晶体结构，或者形成在较低压⼒下不稳定的富氢化学品。这两种⽅法都产⽣了具有⾮常⾼的临界温度的化学品，这是它们⽀持超导性的最⾼点。然⽽，虽然这些已经接近室温，但所需的压⼒是多个吉帕斯卡（Gigapascal） —— 每个吉帕斯卡是海平⾯⼤⽓压⼒的近 1 万倍。从本质上讲，这相当于⽤不切实际的温度换取不切实际的压⼒。
然⽽，我们希望的是常温和常压，我们可以利⽤这些化学品来确定产⽣这种富氢超导性的⼀般原则，然后利⽤这些原则来确定在更容易维持的条件下显示类似⾏为的其他化学品。研究⼩组将注意⼒集中在镥（Lutetium，原⼦序数 71）上，因为它的电⼦轨道的占⽤应该会提供更多的电⼦，这些电⼦可能参与形成库珀对，使超导更容易实现。该研究还添加了微量的氮，以通过掺杂材料使结构更稳定，从⽽有可能降低所需的压⼒。
很明显，在进⾏测量之前，镥 / 氮 / 氢的混合物发⽣了⼀些变化。在环境条件下，添加这两种⽓体会使镥变蓝，这可能是由于氢渗⼊了⾦属。但随着压⼒增加到数千个⼤⽓压，混合物变成了戏剧性的粉红⾊，结果证明这与混合物变成⾦属有关。继续将压⼒增加到超过 30000 倍⼤⽓压，它失去了⾦属特性并变成了更深的红⾊。
近环境下镥 - 氮 - 氢的超导性压⼒从 3000 到 30000 倍⼤⽓压范围内，超导性是有可能的。因此，研究⼈员在这个压⼒范围内进⾏测试，从⽽帮助找到⽀持最⾼临界温度的压⼒。该研究发现温度为 294 K，⼤约为 21°C，和室温差不多，这种材料似乎失去了对电流的阻⼒，前提是⽓压峰值⼤约是⼤⽓压的 10000 倍。此外，超导性也改变了材料的磁性，并且论⽂中的⼤部分内容都讨论了测量样品的磁性。
其实研究样品磁性并不是⼀件容易的事，考虑到样品会⾮常的⼩，⽽且它们往往被夹在所有需要在极端压⼒下粉碎样品的硬件之间。为了弄清这种材料是什么，科学家们做了⼤量的⼯作。⼏乎可以肯定的是，它包含⼀些融⼊到⾦属中的氢和氮，但⽬前还不清楚有多少，因为任何多余的两种⽓体都可以简单地从样品中排除。研究⼈员试图对它进⾏晶体学研究，但结果有些含糊不清。
氢（原⼦量为 1）的信号被镥（原⼦量为 175）的信号所淹没，⽽且氢有可能在该材料中移动。因此，尽管他们确定了氢可能在材料中的位置，但并不清楚这些位置有多少被实际占据。⽽这将使从这种材料的⾏为中提取更⼤的原则成为⼀种挑战。撤稿疑云。Ranga Dias。图源：J. Adam Fenster/University of Rochester。
鉴于 Ranga Dias 研究⼩组最近⼀次撤稿事件，许多物理学家表示不会再轻易相信。Hamlin 说：「我认为他们必须做⼀些真正的⼯作，并真正开放，⼈们才会相信它。」加州⼤学圣地亚哥分校的物理学家 Jorge Hirsch（他也是 H-index 发明者），也是该团队早期⼯作的批评者，甚⾄表达得更加直接：「我对新结果⽐较怀疑，因为我不相信这些作者。
」值得⼀提的是，Jorge Hirsch 这次 APS March Meeting 的报告和 Ranga Dias 被安排在同⼀个会场，前后脚上台，会⽅可谓凭空增添了对峙的⽓氛。Jorge Hirsch（站⽴者）与 Ranga Dias。图⽚来⾃知乎 @芝了，https://www.zhihu.com/question/588302961。
2020 年，由物理学家 Ranga Dias 领导的研究⼩组报告了碳、硫和氢（CSH）的微⼩斑点中的超导性，⼀度引起轰动，该⼩组通过将两颗⾦刚⽯尖端之间的材料挤压到数百万倍的⼤⽓压强来实现。科学家们此前已经制造出了其他富含氢的超导体，被称为氢化物，但它们必须被冷却到 250K（-23℃）或更低。CSH 在 287K 的温度下进⾏超导，即葡萄酒冰箱的温度。
当时，《科学》杂志对这项研究的报道标题是「终于，室温超导实现了」。但是其他研究⼈员⽆法复现 CSH 的结果，并抱怨该研究的配⽅含糊不清且不完整。其他研究⼈员则发现该⼩组测量材料磁性⾏为的⽅式有问题，⽽磁性⾏为是超导性的⼀个关键标志。
⼀年后，Dias 和他经常合作的内华达⼤学拉斯维加斯分校物理学家 Ashkan Salamat 以 149 ⻚⽂件的形式发布了原始数据，详细介绍了⼀种不寻常的、复杂的消除背景磁⼲扰的⽅法。这种⽅法与他们在原始论⽂中描述的程序不⼀致。最终，在所有作者的反对下，《⾃然》杂志于 2022 年 9 ⽉撤回了这篇论⽂。那么这⼀次，其他实验室是否能够复制这种材料并确认其超导性？
Hamlin 说，虽然世界上只有少数⼏个⼩组能够在令⼈难以置信的⾦刚⽯⾼压砧下⼯作，以看到 CSH 中的超导性，但⼤概有⼏⼗个实验室能够在较低的镥基材料的压⼒体系中⼯作。Dias 说，过去⼏个⽉他的实验室⼀直在研究⼀种⽅法，将⾦刚⽯砧室完全从⼯艺中移除，这可以进⼀步加快确认这⼀发现。
为了让其他实验室完全复制这些结果，该⼩组必须愿意分享整个原始数据集以及详细的样品制备⽅法，或者将他们的材料样品发送给其他实验室进⾏测试。然⽽，外部访问可能达不到社区的希望。Dias 和 Salamat 成⽴了⼀家创业公司 Unearthly Materials，该公司已经从包括 Spotify 和 OpenAI 的 CEO 等投资者处筹集了超过 2000 万美元的资⾦。
他们最近还申请了关于氢化镥的专利，这将阻⽌他们邮寄样品。「我们对如何制作我们的样品有明确、详细的说明，」Dias 说。「考虑到我们⼯艺的专有性和存在的知识产权，我们不打算分发这种材料。」⽹友怎么看？⼀场会议报告之后，该消息已经在全球都引起了轰动。⼀个重⼤的科学突破会受到全世界的⾼度关注，那么必然也要经受住⼈们的质疑，对于经历过撤稿⻛波的 Ranga Dias 团队尤其如此。
有⽹友表示，鉴于这位作者之前的⾏为，这个⼯作需谨慎对待。图源：知乎⽹友 @Tycho。昨晚有⽹友看完直播之后，就演讲中的实验数据和细节提出了疑问。如果 Ranga Dias 团队能够阐明实验中⼀些设置的⽤意，解释数据中存在的疑点，这项研究的成果就会更令⼈信服。图源：知乎⽹友 @洗芝溪。还有⽹友表示，如果结果经不起推敲，科学家的信誉将受到极⼤损害。
看来，Dias 这⼀次对于凝聚态物理圣杯的冲击是否成功，还需要更多科学家的进⼀步验证。