“罗文·千惠(中国科学院物理研究所研究员)l
从事超导研究的科学家有一个终极梦想，就是找到实用的室温超导材料。
还记得科幻电影《阿凡达》中描述的潘多拉星球吗？有丰富的室温超导矿石——Unobtanium，足以让群山悬浮在空中(图1)。地球上的人类会不惜一切代价掠夺它，哪怕是为了摧毁外星人的家园。这足以说明室温超导材料是无价的，人类可能在地球上找不到，也梦想在其他星球上获得[1]。
有趣的是，在比特币流行到今天之后，Unobtanium已经转型成为众多虚拟数字货币中的一种——超导币(UNO)(图2)。超导币25万枚，目前每枚币的市场价值在1000人民币左右，远不如高温超导材料值钱。l
图1:电影《阿凡达》中神秘的悬浮山脉和室温超导矿物。来源:电影《阿凡达L》
图2: Unobtanium虚拟币来源:中国物理学会期刊网L
所谓室温超导，是指在地球的室温环境下(通常默认为300 K，即27℃)，能够实现电阻为零、完全抗磁性的超导材料。这意味着室温超导材料对应的超导临界温度必须在300 K以上。
事实上，自从超导材料被发现以来，人们对室温超导的向往和探索就从未停止过。甚至可以说，有机超导体、重费米子超导体、氧化铜高温超导体、铁基超导体都是室温超导探索道路上的偶然发现[2]。直到最近，人们还在孜孜不倦地追求室温超导材料。
全球最大的预印纸网站ArXiv.org经常报道各种“室温超导体”。例如，Ivan Zahariev Kostadinov声称他在2016年发现了临界温度为373 K的超导体。他没有透露这种超导体的具体成分，甚至为了保密把自己的研究单位写成了“私人研究所”[3]。
再比如，一群研究人员声称在巴西的一个石墨矿里发现了室温超导体，并进行了相关研究，正式发表了论文[4]。还有，2018年8月，印度两位研究人员声称金纳米阵列中的纳米银粉具有236 K甚至室温的超导性，并有相关实验数据[5]。
毫无疑问，这些所谓的“室温超导体”很难经得起推敲和考证，也很难被反复的实验所验证。有的根本没有公布成分结构或制备方法，无法重复实验；有些实验现象极有可能是错觉；有些实验数据很可能不可靠。
关于373 K的超导材料，所谓的“室温超导磁悬浮”实验，更像是几块黑色材料叠在一块磁铁上(图3) [6]。论文中关于236 K超导的数据遭到了麻省理工学院研究人员的质疑，因为实验数据的噪声模式“都是一样的”，这在真实实验中是不可能的[7]。这真是令人沮丧。大多数室温超导体都是如此不可靠。那么我们应该相信谁呢？l
图3:疑似“室温超导磁悬浮”(来自www.373k-superconductors.com)来源:中国物理学会期刊网L
事实比这更悲观。在探索室温超导的路上，除了那些众所周知的超导体，其实还有很多宣称超导的材料。科学家用UFO(不明飞行物)的概念将这些材料称为USO(不明超导物体)，即“未知超导体”[3，8]。
的确，这些不为人知的超导体是各种奇形怪状的，有金属的液体溶液，高压淬火的CuCl和CdS，看似正常的过渡金属氧化物或其薄膜，与铜氧化物特别相似的超导材料，还有一些是在特殊超导材料的基础上掺杂的。它们的超导临界温度从35 K到100 K，甚至到400 K！相关的实验证据包括零电阻、抗磁性以及两者(图4)。
未知超导体看似超导体，但有一个共同特点——无法被科研同事的实验广泛验证。对这些奇特超导体的研究因为无法重复而被放弃，最后被大家嘲笑和遗忘。l
图4:“未知超导体(USO)”的例子来源:中国物理学会期刊网L
即便如此，人们心中的室温超导梦依然挥之不去。无论美国、日本还是中国，以探索室温超导材料为长远目标的科研项目，前后都有展开。日本科学界甚至明确指出，要想在室温下大规模应用，必须探索400 K以上的超导体。然而，这些项目尚未给出任何令人惊讶的答案，对室温超导的探索仍然任重道远。
科学家绞尽脑汁寻找临界温度更高甚至高于室温的超导材料。当时，无论是实验者马蒂亚斯总结的“六大黄金法则”，还是理论家麦克米兰划定的作为“隐形天花板”的40 K红线，都被证明是不准确的，甚至是误导的。而且重费米子和铁基超导体都是打破禁忌的超导材料，它们的发现似乎充满了各种偶然性和偶然性。
凭经验还能找到室温超导体吗？可以说，没有可靠的理论认为室温超导体不存在，没有任何限制可以阻止我们追求室温超导体的梦想，没有任何有用的经验可以帮助我们找到室温超导体。
说到这里，科学家们总结了HTS中的一些常见现象，试图建立HTS的“基因库”。这些“HTS基因”可以是过渡金属材料的3d电子、强电子-电子关联效应、准二维晶体结构和低浓度载流子数、强各向异性和局域关联态、多量子阶的复杂竞争...线索很多，但哪条有效不得而知[3]。
寻找室温超导有三种方法:1。合成新材料；2.改进现有材料；3、特殊条件控制材料[9]。第二种很明显，比如提高现有氧化铜高温超导材料的质量，对其进行化学掺杂，以获得临界温度更高的超导体。特殊条件控制是指利用高温、高压、磁场、光场、电场等方式控制材料的状态，在更高的温度下形成超导态。合成新材料是最难的，因为没有可靠的经验告诉我们室温超导在哪里，只能完全摸索。
一些科学家认为室温超导体是有机材料中最有可能的。原因有很多，最大的原因是有机材料种类繁多，其中出现一两个室温超导体并不奇怪。然而，还需要特别小心的是，在有机材料和一些碳材料中，很容易获得弱抗磁性或降低电阻率。不是，早在很多年前，就有人认为碳纳米管存在262 K甚至636 K的“室温超导”，在这里只能说是“怀疑”，因为数据只显示电阻减小，零电阻和抗磁性并不同时存在。
以碳为基础的材料可以多种多样，设计室温超导体成了大家的天堂。科学家根据自己的直觉，设计了许多苯环化合物、许多足球烯结构、足球烯包覆碳纳米管、以足球烯或碳纳米管为单元的“超级石墨烯”(图5) [10-13]。这些材料用现在的技术很难合成，但是随着量子操纵技术的掌握，未来有一天可能会实现，也有可能找到一两个室温超导体！l
图5:人工设计的“有机室温超导体”[11-14]来源:中国物理学会期刊网L
如果选择适当的控制措施，室温超导也将有机会被发现。结合X射线自由电子激光和脉冲强磁场，美国斯坦福大学的科学家发现，在高温超导体中可以诱导出三维电荷密度波态，这意味着电荷相互作用更加强烈，在更高的临界温度下超导成为可能(图6) [14]。
德国马克斯·普朗克研究所的科学家利用红外光“加热”高温超导体中的电子，使它们更活跃地形成库珀电子对。在增强Cu-O表面耦合的前提下，电子对甚至可以在室温以上存活(图7) [15]。但这种方式形成的室温超导的寿命极短，大约只有10-12秒，所以又称为“瞬态室温超导”。找到更合适的方法来调控电子配对，使库珀电子对的相干凝聚更加稳定，可能是实现真正室温超导的可能途径之一。l
图6:强激光和磁场诱导的高温超导[15](来自国家同步辐射实验室)
图7:光增强下的“瞬态室温超导”[16](来自马克斯·普朗克研究所)L
总之，超导探索道路上的许多惊喜和教训都告诉我们，室温超导的梦想并非遥不可及。随着人们对超导认识的深入和科技的不断进步，未来一定会发现室温超导，梦想总有一天会实现。