转载自： 深度问题研究室
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常温超导是什么？
超导是一种物质在低温下出现的特殊现象，它具有零电阻和完全抗磁的特性，也就是说，超导体可以无损耗地传输电流，并且可以排斥外部磁场。
超导现象在1908年被荷兰物理学家卡梅林·昂内斯发现，当时他观察到汞在4.2K（269℃）以下的温度时，电阻突然消失。
从那以后，人们陆续发现了许多其他的超导材料，但是它们的超导转变温度都很低，一般都在绝对零度附近，需要使用液氦或液氮等制冷剂来达到。这就给超导的应用带来了很大的限制和成本。
常温超导是指在常温（或者说室温）下出现的超导现象，它是物理学界的一个梦想和挑战。如果能够实现常温超导，那么就可以大幅降低超导技术的门槛和成本，为电力、交通、医疗、计算等领域带来革命性的变化。 比如，可以制造出无损耗的输电线路、高效率的发电机、强大的磁悬浮列车、精密的核磁共振仪器、强劲的量子计算机等。
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常温超导有哪些进展？
常温超导的探索已经历了一个多世纪，但是一直没有取得突破性的进展。直到最近几年，随着高压物理技术的发展，人们开始尝试在高压条件下寻找常温超导材料。 高压可以改变物质的结构和性质，有可能诱发出新型的超导相。目前已经发现了几种在高压下具有较高超导转变温度的材料，如硫化氢、镧氢化物等。 其中最引人注目的是2020年10月由美国罗切斯特大学物理学家Ranga Dias团队在《自然》上发表的一篇论文，他们报道了一种三元氢化物（镥氢氮），能在21℃、1GPa（1万个大气压）下实现超导。这是迄今为止报道过的最高临界温度和最低临界压力的常温超导体。
Dias团队通过金刚石压砧将碳和硫元素形成的混合物球磨成5微米以下的颗粒，并充入高压氢气。在加压的状态下，用紫外光照射，驱动硫自由基与氢分子反应生成硫化氢，并与碳形成均匀透明的晶体。 当将压力提高到148GPa并表征电导率时，研究人员发现材料在147K时变成了超导体。将压力进一步增加到267GPa，研究小组达到了287K的超导“临界温度”，磁性测量也表明样品已经变成了超导体。 Dias团队还通过比热、拉曼光谱和X射线衍射等手段对样品的结构和性质进行了分析，发现它是一种新型的金属氢化物，具有类似于铅磷灰石的晶体结构。
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常温超导有哪些问题和挑战？
Dias团队的研究虽然令人兴奋，但是也引起了不少质疑和争议。 一方面，这个实验的难度非常大，样品的量非常小，在微米级尺度下检测样品电阻和磁信号都需要非常精密的仪器和操作。 另一方面，这个实验的结果还没有得到其他研究组的复现和验证，而Dias团队也没有公开他们的样品制备方法和具体化学配比，也不愿意分享样品给其他实验室。
因此，这个实验的可靠性和可重复性还有待进一步证实。
此外，即使这个实验是真实的，也不能说明常温超导已经实现了。因为这种材料只能在高压条件下工作，如果在常压下就失去了超导性，那么它就没有太大的应用价值。 要想让常温超导真正改变世界，还需要找到一种能够在常压下稳定存在的超导材料，或者找到一种能够将高压下形成的超导相锁定在常压下的方法。 这些都是目前常温超导领域面临的重大问题和挑战。
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常温超导有哪些前景和展望？
尽管常温超导还有很多困难和未知，但是它也展示了巨大的潜力和希望。 随着高压物理技术的不断进步，人们可以探索更多可能的超导材料和机制，也许会发现更高温度和更低压力的超导体。 同时，通过理论计算和模拟，人们可以深入认识构效关系，比如通过化学掺杂、晶格调控、表面修饰等手段来优化超导性能。
最终，如果能够找到一种在常压下稳定存在的常温超导体，或者找到一种能够将高压下形成的超导相锁定在常压下的方法，那么就可以实现常温超导技术的大规模应用，为人类社会带来革命性的变化。
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