室温超导：从瞬态到稳态还有多远

■我们的记者齐鲁

你还记得电影《阿凡达》中悬挂在云层中的哈利路亚山吗？山脉之所以能够悬浮，是因为山脉中有一种神奇的室温超导矿石，它借助母树附近的强磁场“托起”哈利路亚山脉。

事实上，自从1911年无阻抗能量传导理论被发现以来，“室温超导性”的秘密就一直困扰着科学家们。

然而，最近有好消息:在短波红外激光脉冲的帮助下，德国马克斯·普朗克研究所的研究人员已经成功地在室温下制造出陶瓷超导体——尽管它们的寿命只有百万分之几微秒。

待确认的瞬态

德国科学家的这项工作引起了国际物理学界的广泛关注。

一些外国学者表示，这一成就将有助于材料科学家开发具有更高临界温度的超导材料，并最终实现超导材料可以在室温下应用而无需冷却的梦想。

因为到目前为止，超导体必须用液氮或液氦冷却到远低于零的温度。如果不再需要复杂的冷却设备，超导技术将有可能投入日常应用。

然而，怎样才能观察到数百万微秒的超导性呢？许多物理学家对此提出质疑。

中国科学院物理研究所研究员丁洪在接受《中国科学日报》采访时直言不讳地表示，他“认为证据不足”。根据他们在《自然》和以前发表的文章，他们只是说观察到的现象可以用瞬态室温超导性来解释，但是可能还有其他解释，这需要更多的证据来支持

该论文的第一作者、德国马克斯·普朗克研究所的物理学家罗曼·曼科夫斯基说，当他们用红外激光脉冲照射钇钡铜氧化物材料时，它将在室温下短暂显示超导性。“激光脉冲改变了材料晶体结构中双层氧化铜分子的耦合。红外脉冲不仅能激发原子振荡，还能改变它们在晶体中的位置。这种变化增加了两层之间的耦合程度，使这种晶体在几皮秒内成为室温超导体。

然而，对于“瞬态”现象，很少有可测量的方法。“直接测量电阻和磁化率是不可能的，但只能通过光谱学来测试。然而，光谱学特征是否能被确定为超导性仍有争议。丁洪说。

英国伯明翰大学的凝聚态物理学家泰德也认为这个结果是试探性的，需要进一步的检验。

可能会带来一场革命

“如果它原来是室温超导，那么它就具有重大意义，尽管它只持续了几皮秒。因为它给了人们一个希望，即有可能在其他材料中实现更长的室温超导性或稳态。”在丁洪看来，室温超导将导致人类社会的一场伟大革命。

超导被誉为20世纪最伟大的科学发现之一。它是指当某些材料的温度降到一定温度以下时，电阻突然消失，不能被磁场穿透的现象。

由于超导的特殊性，世界上许多物理学家正在努力寻找高温超导材料。1911年，荷兰科学家发现了水银在极低温度下的超导性，开辟了科学研究的新领域。1986年，德国和瑞士科学家发现了氧化铜的超导性，形成了第一个高温超导体家族。20年后，日本科学家发现了铁砷化合物的超导性，中国科学家发现了一系列高于传统超导体极限临界温度的铁基超导体，使其成为第二类高温超导体。

物理学家相信，找到具有更高超导临界温度的超导体，甚至是室温下的超导材料(约30万或25℃)，肯定会在未来给人类生活带来翻天覆地的创新。因为它将大大节省电力传输和使用过程中的损耗，可以提供连续稳定的强磁场，实现安全快速的高速磁悬浮运输等丁洪说。

预计2020年超导相关产值将达到2000亿美元。“现在看来，要达到这一预期还有很长的路要走。关键在于成本和需求。”中国科学院院士赵忠贤说要解决这两个问题。一是开发和改进现有实用超导材料的制备工艺，提高制冷系统的性能，实现高可靠性和低成本的目标。二是开发和培育市场。从长远来看，有必要探索更适合应用的新型超导材料。

搜索从未停止。

事实上，科学家们从未停止探索具有更高转变温度的超导体，并相继发现了许多新的超导家族。

例如，《自然》杂志最近的另一篇报道让固态物理学感觉比瞬态室温超导“更令人兴奋”。研究人员发现，在200万个大气压的高压下，当温度达到190K(-83℃)时，纯硫化氢分子可以变成超导体。今年早些时候，由吉林大学崔田教授领导的一个研究小组从理论上预测，一种非常相似的材料可以在20万千瓦的温度下实现超导

虽然温度看起来并不太高，而且是在高压下实现的，但它仍然打破了超导体164千的记录，即由水银、钡、钙和氧化铜创造的记录丁洪认为，如果得到证实，这将开辟一个新的方向，是一项诺贝尔奖水平的工作。

同样，最近《自然材料》报道的钛酸锶衬底上生长的铁硒单层膜的零电阻转变温度高达100K以上，引起了科学家们的极大兴趣。这项工作由上海交通大学教授贾金凤领导。在清华大学薛其昆院士工作的基础上，他们利用超高真空分子束外延技术在钛酸锶衬底上成功地制备了一层原始晶胞厚度(0.55nm)的铁硒超导薄膜，并发现了109K超导证据。这也是迄今为止发现的最薄的高温超导体。

一些美国物理学家说，中国科学家的成就一旦得到证实，将会引起轰动并吸引世界的注意力。

发现高温超导体是一个目标，另一个目标是解决非常规超导体的机制问题，这也是物理学家非常关心的问题丁洪说，目前国内超导研究，包括材料制备、物理性能测量和理论解释，都处于世界领先地位。“美国能源部发现了中美之间平等互补的合作领域，最终选择了超导，因为他们认为这是一个中国可以与美国竞争的领域。”

《中国科学报》(2014-12-23，第4版)