掺水石墨或具室温超导性

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你能想象吗，一点石墨加上几滴蒸馏水便能够制成科学家朝思暮想的常温超导体。

德国研究人员日前宣布了一项突破性进展：一种材料可以在室温及更高温度下成为一种超导体（能够以零电阻导电）。超导体提供了巨大的节能潜力，然而迄今为止，这种材料只有在温度低于约110摄氏度下才能够起作用。

如今，莱比锡大学的Pablo Esquinazi和同事报告说，片状的石墨颗粒浸泡在水中似乎能够在高于100摄氏度的温度下持续产生超导作用。尽管Esquinazi承认，这个发现“听起来像是科幻小说”，但相关研究工作已经被发表在同行评议期刊《先进材料》中，并且其他物理学家向《自然》杂志表示，这一结果尽管是试探性的，但值得进一步审查。

石墨由按照六角形格栅排列的碳原子层构成，当其掺杂了能够提供额外自由电子的元素时便显示出超导性。例如，钙石墨在11.5开氏度（约-260摄氏度）时具有超导性，并且理论学家预测，如果有足够可用的自由电子，其温度可以上升至60开氏度。

Esquinazi的研究小组推测，高强度的电子形成于邻近石墨片段之间的界面上。研究人员已经在超过100开氏度的一种人造类型的大块石墨——被称为热解石墨——的界面上观测到超导电性，他们于是寻思，通过掺杂片状石墨粉末，这些界面是否能够达到更高的温度。

研究人员尝试的第一种掺杂物是普通的水。他们很幸运。研究人员将由数百个1毫米长、几十纳米厚的片状石墨构成的100毫克纯石墨粉添加到20毫升蒸馏水中。在搅拌这种混合物约23个小时后，他们滤出了这些石墨粉，并通宵以100摄氏度对其进行干燥。研究人员发现，在将其放置于一个磁场中后，每个样本在磁场被移去时仍将保持微量磁化。

Esquinazi表示，这种微量的剩余磁化强度是超导电性或普通铁磁性的一个信号。为了搞清它们是否具有前者的属性，研究人员分析了磁化强度如何随着施加场的强度以及温度而变化。最终的结果非常类似于在上世纪80年代发现的第一个高温氧化物超导体。

Esquinazi承认，他的证据是诱人的，但却不是滴水不漏的。首先，他的研究团队一直无法展示其样品具有零电阻的实际导电性。研究人员为了做到这一点曾将浸湿的粉末压缩成颗粒，进而迫使这些颗粒进行电接触，但他们发现，这将导致超导效应的消失。并且，他们也无法证明片状石墨的内部没有磁场——这是超导体的一个基本特征。

此外，这些样品并没有随着温度升高而丧失其明显的超导电性。研究小组报告说，它们在约400开氏度（相当于130摄氏度）时依然保持着超导状态，并且对数据进行的一个简单的外推表明其上限大约为1000开氏度。Esquinazi说，自从他开始写论文以来，他的研究小组事实上已经在500开氏度观测到超导的迹象，但在这一温度时，热量已经开始降解样品，并改变它们的磁场强度，从而很难观察到其向一个非超导状态的转化过程。

其他物理学家仍然对此感到质疑。英国伯明翰大学的凝聚态物理学家Ted Forgan表示，低温下的磁数据“看起来非常像是从一个超导体那里得到的信号”，但他对于其在更高温度下的特性变化感到困惑。他说自己预计剩余磁化强度在300开氏度时将大为减少，除非“转化温度实际上远远高于这一温度”。

其间，美国弗吉尼亚州诺福克市老道明大学的理论学家Alexander Gurevich警告说，之前宣称的一些高温超导电性在详细审查时未能站得住脚。他说，磁响应有可能是样品处理时引入的杂质所产生的。但他强调，如果得到证实，这一发现将产生“深远影响”。（来源：中国科学网  赵路）