热点新闻|带你一起扒一扒室温超导
近日，美国物理学会会议上，美国罗彻斯特大学的PhD. Ranga Dias博士（兰加·迪亚斯博士）的团队报道了氮掺杂的氢化镥（三元氢化物N-Lu-H）在1GPa下具有Tc=294K（21℃）的超导特征，这一报道在学界、业界迅速引起广泛关注。
在此，中车工业研究院技术团队将从学术角度出发，带大家回顾本次事件的始末，并希望大家能够冷静审慎地看待室温超导材料领域这项有待重现的突破性成果及其尚且遥远的应用可能。
什么是超导?
导体的电阻一直被认为是材料的本征属性之一：当电流通过材料时，晶格、声子和杂质等对载流子产生了阻碍与散射，使载流子的能量以热耗散，即为电阻。
在百余年前，荷兰莱顿大学的卡末林-昂内斯发现：将汞冷却到-268.98℃（4.17K）时电阻会突然消失，由此发现了金属的超导态并获得了1913年诺贝尔奖。超导态的材料所具有的零电阻、抗磁性等诸多优越的特性，一经发现备受关注，在电子、电力、航空航天、轨道交通、军工等领域有着广阔的应用前景。
超导临界转变温度（Tc）是特定材料可表现出超导特征的最高温度，也是限制超导体得以应用的主要条件之一。
在常压下，传统的金属超导体表现出的极低Tc甚至低于液氢（20K），即使是具备更高转变温度的铁基超导体、常表现出的Tc也显著低于广泛应用的液氮（77K）。这些超导体都难以实现大规模的应用，仅在科研装置、医疗装置等领域实现了应用。1987年，钇钡铜氧系（YBaCuO）超导材料在常压下表现出Tc=90K的高温超导特性，突破了液氮温区；随后铊钡钙铜氧（TlBaCaCuO）和汞钡钙铜氧（HgBaCaCuO）将常压下的临界转变温度提高至Tc=125K-135K附近；数种高温超导材料现已尝试以复合导体的形式开展小规模的试验，距离应用尚且遥远。
临界转变温度Tc在常压下暂无更多的提高，高压环境下的超导特征在学术界开始崭露头角。2015年，硫-氢（S-H）二元体系被发现在150GPa下具有Tc=203K （-70℃）的超导转变特征，突破干冰温区（-78.5℃）；2018年镧-氢（La-H）二元体系则在被发现在190GPa下具有Tc=250K（-23℃） 的超导转变特征，超导转变温度进一步提高。
超导材料发展历程？
寻找超导材料发展历程在环境压力和室温下的超导材料，始终是凝聚态物理领域重要的科研课题。此前，学术界部分团队曾报道了在硫-氢或镧-氢二元体系，及其掺杂的三元体系中具有较低压力、较高温度的超导转变特征，相关工作仍受到了广泛的讨论。
2011年
CS2被报道在9至50GPa高压下具有绝缘聚合物-半导电聚合物-金属转变
2013年
CS2被报道在50至172GPa的高压下观察到Tc=4K-7K的低温超导特征
2020年
碳掺杂的硫氢化物（C-S-H）被报道了在267GPa下具有Tc=287.7K的室温超导特征；并由理论计算工作报道了硫氢化物（HS）的R3m相中掺入5%-6%的碳将产生稳定的结构，随压力增加而增强的电子-声子耦合和平均声子频率被认为是极高压下室温超导性的来源
2021年
在H2S-H2和CH4-H2系统中发现的范德华化合物中，H3S0.962C0.038在267GPa下具有Tc=288K的超导特征；钇的超氢化物被报道在282GPa下表现出Tc=262K的超导特征
2022年
在100GPa下呈分子态的碳质硫氢化物（C-S-H）被报道了具有Tc=191K的超导特征，超导转变所需的压力有所下降
紧随以上的工作，在2023年3月的美国物理学会议上，Ranga Dias博士的团队提出了LuHxNy在10kbar（1GPa）下接近室温的294K（21℃）的超导特征（相关论文由Nature发表）。
本次所报道的近常压-室温超导体：氮掺杂的氢化镥（三元氢化物N-Lu-H）在不同压力下被测试了电阻ρ、磁化率χ′和比热c等多项参数。报道所示的数据表现出良好的一致性，在10kbar（1GPa）下表现出来现阶段最高的超导转变温度，被Dias等认为是LuHxNy具有近常压-室温超导特性的有力证据。此外，本次报道还通过XRD、EDX等方法对高压合成的三元氢化物（N-Lu-H）的结构进行解析。
评 述：
目前，学界对本次三元氢化物（N-Lu-H）的室温超导特性仍持有十分谨慎的态度。
据澎湃新闻报道，上海市高温超导重点实验室主任、上海大学教授蔡传兵的观点称：“此次报道的研究成果亮点在于，一是将此前所需的极端高压267GPa变成了一个相对低的压力1GPa，二是引入了稀土金属——镥元素（Lu，Lutetium）合成了三元氢化物（N-Lu-H），建立了新的超导材料体系，具有成分创新和成功的可能性”。
而据《返朴》报道，中国科学院物理研究所研究员孙力玲的观点认为“（相对较低的压力）在实验技术上并没有壁垒”。
中车工业研究院评论道：“我们认为，这样一项潜在的、突破性的结果在目前已有的发现中让我们看到了亮点和希望。但从科学和工程的角度来看，我们尚需更多的证据与实验去确认本次报道的现象是稳定的、可重现的、是可以带给我们更多新认知的。
一项发现的应用并不是一蹴而就的，未来该材料领域的验证、应用仍有更漫长的路需要我们持续探索。让我们共同期待这是一把能够开启材料领域大门的新钥匙！”
来源： 中车工业研究院有限公司
