常温超导：物理学的圣杯还有多远
什么是超导？
1911年，荷兰物理学家海克·卡末林·昂内斯将水银冷却到零下269摄氏度（约4开尔文）时，发现了一个令人震惊的现象：水银的电阻突然降到了零——完全没有了。
这就是超导现象。在超导状态下，电流可以在材料中无损耗地永远流动。一旦在超导环中产生电流，它可以持续数年而不衰减。超导体还有另一个奇特的性质：完全抗磁性（迈斯纳效应），即它会排斥磁场，使磁体悬浮在其上方。
超导的潜力是巨大的：无损耗输电、超强磁体（用于核磁共振、粒子加速器、可控核聚变）、磁悬浮列车……但有一个根本的障碍——已知的超导体都需要极低的温度，通常接近绝对零度（零下273摄氏度），维持这样的温度需要昂贵的液氦或液氮冷却。
如果能找到在常温常压下超导的材料，那将引发一场能源革命。这就是物理学家们追寻的"圣杯"：常温超导。
不断刷新的温度纪录
超导研究的历史，就是一部不断逼近常温的攀登史。
1986年，科学家发现了铜氧化物高温超导体，将临界温度一举提升到液氮温区（77开尔文，零下196摄氏度）以上。这是一次飞跃——用相对廉价的液氮取代液氦。2008年，铁基超导体被发现，同样在较高温度下超导。
2015年，德国科学家在极高压力下让硫化氢在203开尔文（零下70摄氏度）超导，创造了新纪录。2019年，十氢化镧在更高压力下实现了约250-260开尔文（零下十几摄氏度）的超导，已经接近室温。
但这些"高温"超导都依赖极端高压——几百万个大气压，相当于地球内核的压力。这种条件下不可能有实际应用。
争议与撤稿
常温超导领域充满了争议。2020年，《自然》杂志发表了美国罗切斯特大学兰加·迪亚斯团队的论文，声称一种含碳的硫化氢材料在约15摄氏度、267万大气压下实现了超导。这一度被认为是常温超导的重大突破。
然而，这篇论文很快受到质疑：其他团队无法独立复现结果，而且数据处理和原始数据存在严重问题。2022年，该论文被《自然》撤稿。这是科学自纠机制的一次体现：即使发表在顶级期刊上的结果，如果无法被独立验证，也会被撤回。
2023年，迪亚斯团队再次发表论文声称实现了近常压条件下的常温超导，但同样引发了广泛质疑，最终也被撤稿。与此同时，韩国团队声称发现的常温常压超导体LK-99也未能被复现。
这些事件提醒我们：常温超导是如此诱人的目标，以至于它也成为学术诚信问题的高发区。真正的突破需要经得起独立复现的检验。
希望在哪里？
尽管争议不断，常温超导的研究仍在稳步推进。几个值得关注的方向：
- 高压下的富氢化合物：理论计算预测，某些富氢化合物在高压下可能实现接近常温的超导。虽然高压条件限制了应用，但它至少证明常温超导在物理上是可能的。
- 新的高温超导体系：镍基超导体是近年发现的新体系，科学家们正在探索其潜力。
- 理论突破：高温超导的微观机制至今仍不完全清楚。如果理论物理学家能解开这个谜，就有可能指导材料设计，定向合成常温超导体。
结语
常温超导的追寻之路充满了曲折。也许我们距离它还有几十年，也许它就在下一个实验中。但无论如何，对它的追求已经推动了凝聚态物理学的巨大进步，也让我们对物质世界的理解更加深刻。
圣杯也许还未到手，但追寻它本身就很有价值。
> 本文选题参考自《自然》(Nature) 杂志。更多精彩科学报道请访问 [Nature 中国官网](https://www.nature.com/china/)。