圖片來源：CHARLES D. WINTERS/SCIENCE PHOTO LIBRARY
你能想象嗎，一點(diǎn)石墨加上幾滴蒸餾水便能夠制成科學(xué)家朝思暮想的常溫超導(dǎo)體。
德國研究人員日前宣布了一項(xiàng)突破性進(jìn)展：一種材料可以在室溫及更高溫度下成為一種超導(dǎo)體（能夠以零電阻導(dǎo)電）。超導(dǎo)體提供了巨大的節(jié)能潛力，然而迄今為止，這種材料只有在溫度低于約110攝氏度下才能夠起作用。
如今，萊比錫大學(xué)的Pablo Esquinazi和同事報(bào)告說，片狀的石墨顆粒浸泡在水中似乎能夠在高于100攝氏度的溫度下持續(xù)產(chǎn)生超導(dǎo)作用。盡管Esquinazi承認(rèn)，這個(gè)發(fā)現(xiàn)“聽起來像是科幻小說”，但相關(guān)研究工作已經(jīng)被發(fā)表在同行評議期刊《先進(jìn)材料》中，并且其他物理學(xué)家向《自然》雜志表示，這一結(jié)果盡管是試探性的，但值得進(jìn)一步審查。
石墨由按照六角形格柵排列的碳原子層構(gòu)成，當(dāng)其摻雜了能夠提供額外自由電子的元素時(shí)便顯示出超導(dǎo)性。例如，鈣石墨在11.5開氏度（約-260攝氏度）時(shí)具有超導(dǎo)性，并且理論學(xué)家預(yù)測，如果有足夠可用的自由電子，其溫度可以上升至60開氏度。
Esquinazi的研究小組推測，高強(qiáng)度的電子形成于鄰近石墨片段之間的界面上。研究人員已經(jīng)在超過100開氏度的一種人造類型的大塊石墨——被稱為熱解石墨——的界面上觀測到超導(dǎo)電性，他們于是尋思，通過摻雜片狀石墨粉末，這些界面是否能夠達(dá)到更高的溫度。
研究人員嘗試的第一種摻雜物是普通的水。他們很幸運(yùn)。研究人員將由數(shù)百個(gè)1毫米長、幾十納米厚的片狀石墨構(gòu)成的100毫克純石墨粉添加到20毫升蒸餾水中。在攪拌這種混合物約23個(gè)小時(shí)后，他們?yōu)V出了這些石墨粉，并通宵以100攝氏度對其進(jìn)行干燥。研究人員發(fā)現(xiàn)，在將其放置于一個(gè)磁場中后，每個(gè)樣本在磁場被移去時(shí)仍將保持微量磁化。
Esquinazi表示，這種微量的剩余磁化強(qiáng)度是超導(dǎo)電性或普通鐵磁性的一個(gè)信號(hào)。為了搞清它們是否具有前者的屬性，研究人員分析了磁化強(qiáng)度如何隨著施加場的強(qiáng)度以及溫度而變化。最終的結(jié)果非常類似于在上世紀(jì)80年代發(fā)現(xiàn)的第一個(gè)高溫氧化物超導(dǎo)體。
Esquinazi承認(rèn)，他的證據(jù)是誘人的，但卻不是滴水不漏的。首先，他的研究團(tuán)隊(duì)一直無法展示其樣品具有零電阻的實(shí)際導(dǎo)電性。研究人員為了做到這一點(diǎn)曾將浸濕的粉末壓縮成顆粒，進(jìn)而迫使這些顆粒進(jìn)行電接觸，但他們發(fā)現(xiàn)，這將導(dǎo)致超導(dǎo)效應(yīng)的消失。并且，他們也無法證明片狀石墨的內(nèi)部沒有磁場——這是超導(dǎo)體的一個(gè)基本特征。
此外，這些樣品并沒有隨著溫度升高而喪失其明顯的超導(dǎo)電性。研究小組報(bào)告說，它們在約400開氏度（相當(dāng)于130攝氏度）時(shí)依然保持著超導(dǎo)狀態(tài)，并且對數(shù)據(jù)進(jìn)行的一個(gè)簡單的外推表明其上限大約為1000開氏度。Esquinazi說，自從他開始寫論文以來，他的研究小組事實(shí)上已經(jīng)在500開氏度觀測到超導(dǎo)的跡象，但在這一溫度時(shí)，熱量已經(jīng)開始降解樣品，并改變它們的磁場強(qiáng)度，從而很難觀察到其向一個(gè)非超導(dǎo)狀態(tài)的轉(zhuǎn)化過程。
其他物理學(xué)家仍然對此感到質(zhì)疑。英國伯明翰大學(xué)的凝聚態(tài)物理學(xué)家Ted Forgan表示，低溫下的磁數(shù)據(jù)“看起來非常像是從一個(gè)超導(dǎo)體那里得到的信號(hào)”，但他對于其在更高溫度下的特性變化感到困惑。他說自己預(yù)計(jì)剩余磁化強(qiáng)度在300開氏度時(shí)將大為減少，除非“轉(zhuǎn)化溫度實(shí)際上遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于這一溫度”。
其間，美國弗吉尼亞州諾?？耸欣系烂鞔髮W(xué)的理論學(xué)家Alexander Gurevich警告說，之前宣稱的一些高溫超導(dǎo)電性在詳細(xì)審查時(shí)未能站得住腳。他說，磁響應(yīng)有可能是樣品處理時(shí)引入的雜質(zhì)所產(chǎn)生的。但他強(qiáng)調(diào)，如果得到證實(shí)，這一發(fā)現(xiàn)將產(chǎn)生“深遠(yuǎn)影響”。
