美國科學家表示，他們研製出了第一種可以消除電力傳輸中能量損耗同時具有商業可獲得性的材料，這一突破意味著，續航更久的電池、效能更高的電網以及更先進的高速列車都可能成為現實。
能夠以零損耗傳導電流的材料被稱為超導體，一直以來，它都極難運用到實際中，原因在於它通常需要被冷卻至零下320華氏度（零下196攝氏度）左右的極低溫，而且需要施加極高的壓力才能成為超導態。
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如今，羅切斯特大學（University of Rochester）的一群研究人員報告說，他們研製出了一種可在室溫條件下工作的超導體，並且它對壓力的要求遠遠低於之前發現的超導材料。
據羅切斯特大學機械工程及物理學助理教授、上述研究項目的領導者蘭加・迪亞斯（Ranga Dias）說，此次突破有可能創造出無損電網，以及可用於未來核融合反應堆的更好用也更便宜的磁鐵，諸如此類。這是因為，在日常環境條件下即可運轉的完美導電體不需要昂貴的大型冷卻系統。
「我們或許可以讓磁浮列車行駛在超導軌道上，可以改變電力的存儲與運輸方式，還能讓醫學成像技術發生革命性的變化。」迪亞斯博士說。
超導體身上存在物理學家說的邁斯納效應（Meissner Effect），也就是一種材料排斥其內部磁場的現象。他補充說，如果你把超導體靠近一個磁體，它會懸浮起來。
2020年，他的團隊曾報告說，他們研製出了一種超導體，這種由氫、硫及碳組成的化合物可在與室溫大致相當的環境中工作。然而問題在於，這種材料只有先接受雷射烘烤，並且在一種被稱為金剛石壓腔的設備中，在兩顆金剛石的尖端之間被壓碎，才能達到超導態，而過程中其承受的壓力甚至超過地心壓力。
在新的研究中，研究人員調整了超導體「配方」，將原先加入氫當中的硫和碳替換成氮與稀土金屬鑥，然後再加溫，並放到金剛石壓腔中接受擠壓。該研究成果已於上周三發表在《自然》（Nature）雜誌上。
他們將由此產生的物質命名為「紅物質」（reddmatter），因為他們觀察到在加壓過程中，其顏色由藍變粉紅，然後變成紅色。迪亞斯說，這個名字的靈感來自2009年好萊塢大片《星艦迷航記》（Star Trek）中虛構的黑洞構成物質名稱。
羅切斯特大學的實驗室發現，「紅物質」可以在69華氏度（21攝氏度）、14.5萬磅/平方英寸（地心壓力的約1/360）的壓強下存在。與2020年那一次相比，溫度提高了大約10華氏度，壓強也降到了之前的1/1000左右。
「這些結果對科學界來說是一次突破，正是有了（迪亞斯）敏銳的化學直覺，這種突破才成為可能。」位於塔拉哈西（Tallahassee）的佛羅里達州立大學（Florida State University）國家強磁場實驗室（National High Magnetic Field Laboratory）的研究科學家斯坦利・托澤（Stanley Tozer）說。托澤沒有參與此次研究。
儘管與人們在海平面感受到的壓強——約15磅/平方英寸——仍有天壤之別，但新的壓強讓「工程師能夠著手去研製具有商業可行性的產品了。」托澤博士說，「它讓超導具備了商業上的可行性。」例如，工程師和材料學家目前已能利用晶片製造與鑽石合成中的專業技術及設備，實現約14.5萬磅/平方英寸的壓強。
「未來五年內，我們將看到內置超導原件的設備問世。」研究報告合著者、內華達大學拉斯維加斯分校（University of Nevada, Las Vegas）物理學家阿什坎・薩拉馬特（Ashkan Salamat）說。這意味著，我們的手機和筆記本電腦運行時需要的電力減少，也不再隨著發熱損失能量——電池壽命由此將延長。同樣的元件也可以組裝到電動車電池中。
薩拉馬特博士說，能夠在室溫及日常壓力條件下工作的超導體或許還有助於解決氣候變化等問題。
他說，「比如，超導電網可以無限期地儲存太陽能或風能，並且在遠距離傳輸時沒有任何損耗。」據美國能源資訊署（Energy Information Administration）估計，2017-2021年，全美輸電與配電過程中平均存在5%的電力損耗。更高的能源儲存及運輸效率意味著整體能源用量將減少，碳排放也將由此減少。薩拉馬特談到，超導體或許還能為更便宜、更好用的核融合設備鋪平道路——人們一直認為，核融合有可能成為一種幾乎取之不竭的清潔能源。
所謂核融合反應，是將原子結合在一起，在此過程中會釋放出巨大的能量，同時又不會產生任何放射性廢料或是溫室氣體。許多核融合設備都依靠磁場來約束反應——而超導體可以產生強大的磁場。問題在於，要想讓這些超導體保持冷卻，需要有笨重且昂貴的冷卻設備。迪亞斯指出，「紅物質」這樣的超導體可以在室溫狀態下產生強大的磁場，未來十年左右，在建造核融合反應堆的問題上，它也許會成為遊戲規則改變者。
若是超導體能在近似日常的環境中工作，無創醫學成像或許是另一個受益者，薩拉馬特說。大多數磁共振成像（MRI）設備都依賴超導磁體，它會通過超導線圈傳遞電流來產生磁場。他說，這些線圈要用液氦來冷卻，而這種昂貴的稀缺資源會限制MRI設備的安裝場所。引入常溫超導體後，或許會出現體積更小、更易移動的MRI設備，並且無需冷卻。
「目前來說，這些非常宏大的工程學成就不會在一夜之間實現。但由於有了這一發現，以及其他類似發現，它們將在未來十年左右成為現實。」薩拉馬特說。
儘管迪亞斯的研究帶來了希望，但其團隊過去發表的部分研究成果一直是其他科學家仔細審視的對象。他們在2020年的研究中曾詳細介紹過另一種常溫超導體，但由於其他研究人員無法複製這一結果，加之顯示超導材料中存在邁斯納效應的相關數據的有效性也遭到質疑，於是2022年，《自然》雜誌撤下了迪亞斯團隊的這篇論文。
日內瓦大學（University of Geneva）物理學家德克・範・德・馬雷爾（Dirk van der Marel）是對2020年的數據提出疑問的人之一，他沒有參與最近這項新研究，也未參與迪亞斯的其他研究項目。
迪亞斯表示，那篇撤回的論文已重新提交給《自然》雜誌，先前，他和同事們在伊利諾伊州的阿貢國家實驗室（Argonne National Laboratory）和紐約州的布魯克海文國家實驗室（Brookhaven National Laboratory）當著其他科學家的面，收集了新數據。他還補充說，在新論文接受同行評審的過程中，他的團隊提供了關於「紅物質」的所有數據。
雖然范・德・馬雷爾說，新研究似乎恰當地證明了「紅物質」中存在邁斯納效應，但他說，他「對整件事感到非常不舒服。」
數據中「興許潛藏著類似問題」，他補充道。
用富含氫的材料可以實現常溫超導，這一想法已得到其他研究團隊的證實，伊利諾伊大學芝加哥分校（University of Illinois Chicago）物理學及化學教授拉塞爾・赫姆利（Russell Hemley）說。赫姆利未參與此次新研究，但與迪亞斯合作過其他項目。
「所以這些結果不應受到質疑，即使他們之前那篇論文中的數據呈現方式曾引發過擔憂。」赫姆利博士說。
