美國時間3月7日，在美國物理學會會議上，美國羅徹斯特大學學者Ranga Dias宣布在近1萬個大氣壓下實現了室溫超導。該研究瞬間出圈引發熱議。

3月9日晚，在科學網的微博直播活動中，中科院物理所研究員羅會仟（中國科學院物理研究所研究員、博導、科普作家，主要從事高溫超導和磁性材料的中子散射實驗研究）和@Angela火星小姐姐、中國科學報孫滔探討了熱搜話題“室溫超導真的來了嗎”。

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以下為直播內容整理（有刪節）。

問：室溫超導在美國物理學會會議上“火”了，除了科學家，很多投資人也都在議論這個話題。請羅老師講講，它真的是個帶有科幻屬性的未來嗎？這個未來到底是什么樣？

羅會仟：說到室溫超導，大家可能很難一下子想象它是什么。

第一部《阿凡達》電影里有這樣一個場景，潘多拉星球上的山是飄在天上的，在該星球室溫下，山里面有一種神奇的礦石可以讓整個山懸浮起來，特別壯觀。地球上沒有這種礦石，于是地球人為了獲取這種室溫超導礦，就和外星人起了沖突。

超導材料有兩個特殊的性質，第一，它的電阻是零；第二，它有完全的抗磁性。它的本質是熱力學的相變，而且它是宏觀的量子現象。

將來磁懸浮列車可以變成超導的，速度會很快，也比較穩定。很多磁鐵可以用超導體來做，能做得很強、很均勻，可以用來做人工的可控核聚變，甚至污水處理。還有很多量子的應用，比如量子計算。如果我們找到室溫超導材料，可以想象我們的生活到處都會是超導體，就像今天我們離不開半導體一樣，手機、電腦、燈……到處都是半導體，這些東西可能將來都會變成超導體的，所以大家很激動。但我先給大家打個預防針，不要那么激動，后面我再解釋為什么。

問：一個天真的問題：我們說實現室溫超導是很難的，那冬天會不會容易一些？

羅會仟：冬天很冷，比如東北、西伯利亞，甚至南極，可以達到零下90攝氏度。那么，冷的地方是不是更容易實現超導？確實是，但是也不那么容易。

舉個例子，第一個發現的超導體是金屬汞，就是體溫計里的水銀，它的超導溫度是4.2 K，換算成攝氏度就是-268.8℃，地球自然環境根本就達不到這種低溫。所以說一般超導體需要的溫度實在是太低了。

問：所以說我們提到的低溫，和科學家所說低溫超導概念中的低溫，差別是很大的。我們現在已經有磁懸浮列車了，這個和超導的磁懸浮列車能比嗎？

羅會仟：磁懸浮列車有2種技術。一種是常規的電磁懸浮，就是兩個電磁鐵的排斥或吸引，把整個列車給懸浮起來。這種技術需要通很大的電流，列車速度其實不太快，我們國內北京、上海、長沙都有，但這些磁懸浮線的速度還不如高鐵，是中低速的常規磁懸浮。另外一種就是超導磁懸浮，可以是高速的磁懸浮，日本正在建設商業化的全超導磁懸浮，速度可以達到600公里每小時，比我們現在的高鐵速度快將近一倍。

問：據說最快能達到幾千公里每小時。

羅會仟：達到幾千公里每小時要復雜一點，把空氣阻力去掉才行，要把整個列車放在低真空管道里，技術要求要高得多。

問：如果達到3000公里每小時的話，飛機就不用了。

羅會仟：假設軌道特別完美，理論上可以達到3000公里每小時，比飛機快太多了，飛機的平均速度是900公里每小時。不過這么快的速度你敢坐嗎？其實用來發快遞是挺好的。

問：回到美國物理年會上的新聞，Dias Ranga進行的是一個怎樣的研究？它真正的突破點在哪里？

羅會仟：假設他們的工作是對的，這個研究的突破點是20℃以上，基本已經是室溫了，以前從沒達到過這么高溫度的超導體。探尋這類金屬氫化物高溫超導體有一個常用的方法，也是這個文章里采用的，叫做金剛石對頂壓砧，可以達到500萬個大氣壓甚至更高。

在這樣高的壓力下可以得到一些常壓下不穩定的結構，在此基礎上，你就可以發現有些材料是超導的，而且超導溫度還很高。從2015年開始，德國科學家報告硫化氫（不是我們熟悉的硫化氫，是三個氫的硫化氫）超導的溫度很高，是202 K。

后來美國和德國科學家又發現“LaH10”（十氫化鑭）這種材料超導的溫度也很高，260K左右，是零下13℃，快接近室溫了。

這些氫化物的超導都需要百萬級以上的壓力才能實現，但這篇《自然》的文章里，到一萬個大氣壓時，超導溫度可以達到20 ℃。這是大家非常激動的一點，即不需要借助那么大的壓力就可以實現超導，而且是室溫超導。這兩點是它最重要的進展，也是大家最關注的地方。

問：這跟他們的材料也是關系很大的，對吧？

羅會仟：他們的材料并沒有很特殊。科學家找到LaH10后，很多科學家把稀土元素全部找一遍，跟氫組合，組合方式有很多，但一般來說都是5個氫、6個氫，甚至更多的氫。

從2019年發現鑭氫石超導到2022年，這兩三年時間科學家找了十幾種稀土元素，還有一些堿土金屬，比如鋇、鍶、鈣等，與氫組合，這些金屬氫化物許多是超導的。Dias用的是稀土镥（Lu）和氫組合，里面加了一點氮，我們叫“鹵蛋氫”（镥氮氫），里面有3種元素，和我們常規研究的金屬氫化物還是不太一樣。

問：所以它是稀土元素以及氮、氫排列組合的發現，那么理論上是不是這種可能的元素排列組合有無數個，都去篩一遍是不是會有更大的成功？

羅會仟：對，你要去篩選，但實際上它能夠穩定存在的結構并不是那么多，有些結構要求一些特定壓力，它才會穩定，你要通過計算先去猜。這個文章用到了AI來幫助計算去尋找材料，現在的AI計算能力很強，這也是能做這件事的主要原因。找到以后，實驗上的實現也沒有那么容易。

這篇文章沒有公布材料合成的細節，特別是材料的真實元素配比不知道，僅僅從理論上猜測出材料的結構大概是什么樣子。

問：到今天，超導研究變成了技術的問題，而不是純理論科學的問題了，是這樣嗎？

羅會仟：這個理解是錯誤的。聽起來好像有現成的計算工具，算一算、找一找，在技術上你就能做出來，因為我們用來算的理論是非常簡單的，是超導里面最成熟的理論，叫BCS理論，在1957年左右就提出來了。但它是有局限性的，只能描述一些基本的超導現象，比如單質的金屬，一些合金和一些金屬氫化物等等。

許多超導體不能用這個理論來描述，叫做非常規超導。高溫超導體（40 K以上的超導體）通通都是非常規超導體，不能用常規BCS理論描述，也幾乎無法用AI預測出來。

問：隨著材料研究的進步，有些理論是要更新的，并不是說一個理論放在那里套用就行了。

羅會仟：是的，1950年代的理論放到今天很多地方都不適用了。就像經典物理中，從單體物理到三體物理就存在巨大的挑戰。

科學家發現，在實際的材料里面，面臨的研究對象是很多的，它里面的電子至少是10的23次方個，這么大的數量級怎么處理？你可以寫方程，但是寫出來解不了。我們可以先不考慮粒子之間相互作用，或假設可以用微擾來處理，這樣勉強借助材料的周期性，可以大大簡化方程。

一旦考慮粒子之間相互作用就更麻煩，每個粒子都有各自的復雜相互作用，那方程就變成了幾乎無解。對于多體物理問題就要跳出原來的思維模式，我們能不能上來就寫一群粒子的運動方程？

目前還沒有很完善，有一些基本的雛形，但還是感覺不太好用，我們現在的計算能力也跟不上。

問：超導現象從1911年被發現，100多年了，那么多偉大的科學家都在做這個事情，為什么是Dias，一個年輕的斯里蘭卡學者做出來這個東西？

羅會仟：其實超導的門檻挺低的，最早我們合成超導材料很簡單，就是把各種元素混一混，找一找有沒有穩定的結構，測一測，在物理研究基本上都是套路，只要會些基本化學知識，都是可以來做的。

不過Dias這套技術還是有點挑戰。首先他在博后期間做的高壓需要幾百萬個大氣壓，用金剛石對頂砧在高壓高溫下來合成樣品，并在更高壓力下進行測量，還是有技術難度的，不是大家想象的那么容易。

問：Dias科研歷史不是一路暢通，在2017年和2020年都遭遇了一些質疑。第一次說他的研究材料丟了，不能重復實驗；2020年又發生了《自然》撤稿的事情，對他的科學聲譽影響很大。從業內的角度來看，你覺得何時會有確定的結論？

羅會仟：大家對他的信任度不是很高。他2017年在博士后期間宣稱發現了金屬氫。實驗物理學家花了80多年的時間都沒實現，怎么就在他手上成功了？大家可能是又激動又有點嫉妒，不過后來實驗也沒被重復，金屬氫就成為一樁懸案。

他真正去找氫化物的超導是在2020年，做的是碳氫硫超導。他的文章沒有公布分子式（即材料的具體結構），只說了有這3個元素，數據也顯得過于漂亮。因為在那么高的壓力下測量是非常困難的，實驗數據的噪音一般很大，他給的數據反而很干凈。

別人就質疑這個數據怎么來的，這就產生了一系列的爭議，而且相關的結果也沒有被其他研究組重復出來。爭議的結果是：在2022年文章被《自然》單方面撤稿，而文章所有的作者都不同意撤稿。

這次是第三次了，出來的數據也是很好。他給出了所有完整的數據，在《自然》網站上，有興趣的朋友可以去下載他的原始數據，仔細分析一下他到底是怎么得到文章數據的。

其實從去年他在某次會議報告相關結果開始，不少研究組就已經在重復實驗了，我覺得用不了太長時間，大家就會公布自己到底有沒有重復出結果。咱們拭目以待，看看到底是真是假。

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直播截圖。依次為：孫滔（左）、@Angela火星小姐姐（右下）及羅會仟（右上）

問：比如生物學實驗發了論文，別人很快要重復。Dias的超導研究為什么別人做不出來呢？

羅會仟：確實，原則上來說我們做實驗至少有實驗記錄，操作設備也有一些實驗記錄的痕跡。那你把實驗記錄的條件重復一下，或者把它交給別人重復一下，應該是不難的事情。

當然大家期待的金屬氫需要近500萬個大氣壓的壓力，實際上用金剛石壓到400萬個大氣壓以上就已經非常困難，全世界能做的研究組沒幾個。他當時宣布的金屬氫是在495萬個大氣壓之下實現的，大家要重復的話，門檻也挺高，包括碳氫硫這個事情。前面提到，超導材料可以通過理論計算，推測出來它有可能的結構，這種計算基本上能準確算出二元化物（2個元素）的結構，3個元素的就不太好算了。科學家還是盡量去算，但在碳氫硫體系算出來的結果，幾乎沒有能達到這樣高溫超導的材料。

問：那今天這個三元化合物，是20℃的，是不是就容易重復了？

羅會仟：不僅是20℃，還有它的壓力很低，只需要1萬大氣壓，重復起來就容易得多。1萬個大氣壓在實驗物理中是比較輕松能達到的參數，不需要非得用金剛石來壓，可以用一些便宜的裝置。如果給出材料，驗證起來是比較容易的，很快就能出來。

問：估計能多快？

羅會仟：我估計用不了幾天或幾周。

問：那我們可以讓子彈再飛一會兒。羅老師跟Dias有過接觸嗎？對他有什么印象？

羅會仟：我個人跟他沒有交集。他是研究高壓物理的，不只是研究超導；而我是專門研究超導機理的，是材料發現之后干的事情。我們的研究領域還是差距有點大的。

Dias的工作一直都是神神秘秘的，包括那天會議上，主持人特別強調不允許提問。聽說一些現場的同行在報告間隙時抓住他提了幾個問題，他沒有正面回答問題，后面做報告的時候也沒有過多交流。很多科學家都很興奮，想去找他拿樣品，估計都沒拿到，也不知道他去哪了，挺神秘的一個人。

問：如果善意猜測，這種神秘可能是因為他有商業訴求，要保密或保護專利之類的。但是作為科學發現來說，這種做法不符合可重復、可驗證的科學原則。

羅會仟：一般來說，如果科學家發現一種材料是超導體，即使他不是做超導的，他都很樂意把材料寄給別人合作，因為他能做的研究手段畢竟是有限的，只有激發同行的興趣，才能吸引更多的關注。

問：不過Dias這篇文章已經在《自然》發表了，有同行評議的過程，這意味著至少有些專家已經討論過。

羅會仟：他在報告的時候好像說文章已經經過了5輪審稿。我不知道具體的審稿過程，但是如果覺得數據有問題，也可以再請別的專家繼續驗證，當然能否被其他研究組重復驗證，是非常重要的。

Dias今年這篇文章似乎很難找到可辯駁的地方，尤其是他正文里面的數據，太全了。如果這些數據都是對的，你就很難找到理由拒絕他這篇文章，不過實驗數據到底有沒有問題，需要更加專業的人去真實地判斷。

問：我們看下一個問題，超導研究的歷史中有一些很重要的節點，也有華人科學家做出了突出貢獻。能梳理一下這個過程嗎？

羅會仟：中國科學家在整個超導研究中都處于世界前列，尤其是超導材料和超導機理方面，當然超導應用這幾年也做得非常好。

早在上世紀六七十年代，中科院物理所就已經在研究超導了，那時候還沒有高溫超導，大家研究用常規超導體做一些超導應用。正因為中國很早就有這方面的科研隊伍，在1980年代時，瑞士科學家發現銅氧化物高溫超導現象后，中科院物理所趙忠賢老師的團隊很快發現了90K以上的銅氧化物超導體。

這個發現的意義非常重大，因為以前的超導體都是40K以下的，沒有經典理論的上限，即使是瑞士人發現的鑭鋇銅氧體系也只有35K。趙老師等發現的釔鋇銅氧材料可以達到90K以上，超過了液氮溫度（77 K）。因為液氮非常便宜，制冷成本就大大降低了，這個發現的重要性是不言而喻的。

在2008年，中國科學家又做出了貢獻——鐵基高溫超導。鐵基高溫超導是日本人最早找到的材料，但起初溫度只有26K。趙忠賢院士帶領中科院物理所團隊，還有中國科大等國內團隊，在一個月內把最高溫度提升到55K，許多鐵基超導材料物性的第一次測量都是中國人做的，目前來看鐵基超導材料有極大的應用價值和科研價值。

由于在銅基超導方面幾十年的積累，當時我們的實驗技術和理論方面都非常強。到現在為止，中國科學家在超導的國際舞臺上都有非常重要的角色，尤其是近幾年達到了前所未有的頂峰狀態，有很多新的超導現象、高端論文、前沿應用都來自中國，我相信未來中國超導的發展會越來越好。

問：這篇室溫超導論文的作者已經成立了公司，也申請了專利。以此來推測，不給出實驗樣品或材料，他們是故意藏著掖著，還是真的掌握了技術，想去做商業化的使用？假如我們中國掌握了技術，我們會怎樣分享它？

羅會仟：愿不愿意分享純粹是個人行為。我覺得他不愿意把材料告訴大家，有一種可能性是他自己壓根沒有研究清楚。他確實注冊了公司，是否有利益方面的考慮也無可厚非。

原則上說，在基礎研究領域，保持開放合作交流的態度是第一位的。如果你不開放、不合作、不交流，你就會永遠受到別人的質疑。當然我想特別提醒大家，這個東西出來后并不意味它以后的經濟價值就有多大，大家不要那么著急，因為一個材料從出來到應用，路還特別遠。

問：如果Dias的研究是成立的，這個領域會很快成為創業或投資的熱點嗎？會不會形成國家之間的競爭？會不會被美國壟斷？

羅會仟：不用擔心被壟斷。我們假設業界真的做出來常壓下能用的室溫超導，它里面有重要的稀土元素镥，是我們的國產貨，中國是稀土大國。

這幾天也有不少投資人問我。我是希望大家能夠冷靜下來，因為從材料走到產業化要克服很多困難。我具體說說，其實并不是常溫常壓下它超導了就能用了，因為超導體還有3個重要參數——臨界溫度、臨界磁場、臨界電流密度。

臨界溫度和臨界磁場不能太高。臨界電流密度怎么理解呢？大家可以想象，一個材料如果電阻是零，根據歐姆定律，電流可以無窮大，但這個說法肯定是錯誤的，任何材料電流的密度都不可能是無窮大。

超導也有電流密度的上限，一旦超過，瞬間就會“不超導”。3個臨界參數當中，超過任何一個都會瞬間“不超導”，就會產生電阻。材料在很大電流的情況下突然來了電阻，會很快發熱，溫度上來，它就越發“不超導”了。這是很危險的，因為通常低溫超導體泡在液氦里面，液氦瞬間汽化是非常可怕的。

這3個參數是物理上的考慮，工程上還有更多條件的約束。一條線繞成螺旋管很簡單，但更復雜的螺線管就不那么好說了。超導線應用的第一步是做電纜，好幾股線像編辮子一樣繞成纜，這個過程就不能讓它的指標下降，但你一拽，它變形了，指標還不能下降，這是很困難的。

所以理想化的指標放在實際的應用場景，會下降幾個數量級。所以發現了材料也不一定用得上。事實上我們現在已經找到了上萬種超導材料。這么多超導材料哪個好用？事實上，還是大概幾十年前發現的鈮鈦合金，又結實又好用，它的超導溫度非常低，全球超導產業的絕大部分情況還在用鈮鈦線或鈮三錫這種傳統材料。

問：回到我們今天的話題：室溫超導真的來了嗎？是否可以設想，在我們能觸及的生活里，比如未來50年室溫超導的應用情況？

羅會仟：其實我們今天已經在用超導了。大家去醫院做核磁共振，要把身上的金屬物品都摘掉，核磁共振的大圓圈就是超導的磁體。現在醫院大部分核磁共振是3個特斯拉的，幾乎都是超導磁體，而且不少是國產的。

為什么用超導磁體來做核磁共振呢？因為超導磁體那么大的線圈能提供很強的磁場，而且做核磁共振還要求有一定的磁場梯度，精度要求很高。

還有個好處，它的線圈是泡在液氦里面的，閉合的線圈，通常電流就在里面跑，就不用再通電了，可以省電，只需要消耗點液氦而已，相對來說成本是降低的。

十幾年前，核磁共振非常貴，要幾千到一萬塊錢，一般人做不起；現在幾百塊錢就能做了。我希望未來核磁共振可以做到更好。現在7個特斯拉可以實現商業化，12個特斯拉是有做動物實驗的，將來希望能做到14個特斯拉。14個特斯拉的分辨率可以達到亞微米級別，可以分辨我們的神經元細胞，可能在未來十幾、二十年就可以實現了。

所以大家不用覺得超導技術離我們很遠，還有個典型的應用——超導輸電，零電阻，不發熱，無損耗。實際上它成本還是很高，因為你要用超導，需要低溫，制冷機、包括電線本身還有成本，單個來講，比普通高壓輸電成本高。但我們已經在用。

深圳第一高樓平安大廈的地下就埋了一條高溫超導的電纜，今年已經試運行，為什么這么做呢？這么一座大樓的耗電量很大，你用高溫超導的電纜，可以在通很大電流的情況下，沒有損耗，不發熱，是非常方便的。那為什么要用這么貴的呢？

很簡單，深圳的地價很貴，如果在地面上架電線，周圍多少米之內不能蓋房子，地皮就損失了很多錢；而超導電纜是埋在地下的。再加上現在有很便宜的國產GM制冷機，幾萬塊錢就可以買一個。總體成本算下來，比地皮便宜不少。