最近,美国物理学会《物理评论B》刊出中国论文。吉林大学、浙江大学团队,把 LaSc₂H₂₄ 为什么能室温超导讲明白了。43℃左右,压力约167万个大气压。这不是厨房材料,是一张设计图纸。
普通电线有电阻,电流跑起来发热。超导零阻力,磁场还会被推出去。磁悬浮、核磁共振、粒子加速器、可控核聚变磁体,都靠它。过去超导要么温度极低,要么压力极高。
富氢超导,金属原子住在氢气搭的笼子里。笼子够密,原子振动把电子配成对,电流顺畅通过。LaH₁₀ 在约188万大气压做到零下13℃超导,已震惊世界。但压力相当于塞进地球深处。
2024年,中国团队预测:加钪,变成 LaSc₂H₂₄,临界温度可能升到43℃,压力还略低。当时没人讲清,为什么加点钪就这么神。这次补上微观机制。
关键在钪的3d电子。LaH₁₀ 里电子通道像两条节奏不同的跑道,一条快,一条拖后腿。钪的3d电子一进来,像给乐队加指挥,把两条跑道调门统一。超导温度上去。团队试钙、镁替代钪,都不超导。因为钙、镁没有钪那种3d电子。反证:钪不是打酱油,是关键先生。
▲ (a) LaSc2H24 晶体的俯视图,以及 (b) 侧视图。镧原子为绿色,钪原子为红色,氢原子用空心圆表示。来源:Wang 等人,《物理评论快报》,美国物理学会
超导被称作下一代能源和算力底座。谁先做出便宜、稳定、常压的室温超导,谁就可能改写电网、交通、医疗、算力、武器系统。美国、欧洲、日本都在押注。罗切斯特大学曾宣称做出室温超导,后来论文被撤。德国马普、法国原子能委员会、日本材料合成和精密测量,底子很深。
中国起步不最早,追得很猛。1987年,赵忠贤团队在铜氧化物超导冲到世界前排。2008年,中国又在铁基超导抓住机会。如今高压富氢超导成新战场,马琰铭团队是国际“算材料”第一梯队。他们用算法从海量组合里找稳定结构,先预测,再解释,再给设计规则。这次论文,把“怎么找更好的超导体”往前推了一步。
差距也要看到。最顶尖的百万大气压实验装置、极端条件测量手艺,美国和欧洲一些实验室仍有先发优势。中国强在理论预测、材料设计和工程化追赶,高压实验平台也在一批批建起来。不是全面领先,但已经坐进第一排。
路可能在3d金属
如果未来能把167万个大气压,降到几万、几千,甚至常压,超导就会从实验室怪物,变成产业发动机。电网不再白发热,磁悬浮更便宜,核聚变磁体更强,量子计算机和电磁装备也会换挡。今天这张图纸还不能盖楼,但它告诉后来者:路,可能就在3d过渡金属这里。
更值得记住的是,中国团队这次不是“又发现一种材料”,而是把设计规则握在手里。科技竞赛不是一声巨响,而是一篇论文里多了一句“我们知道为什么了”。这句话,才是下一次抢先的起点。
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