好奇心保护计划之回答观众提问2【无尽的前沿】 | 科技袁人

■ 背景简介：

3月19日19：00袁岚峰老师携手中国科学院物理研究所研究员罗会仟博士和中国科学院等离子体物理研究所研究员秦经刚博士，围绕“室温超导”热门话题，发布了“无尽的前沿”直播系列的第一场，本文为直播回答观众提问之二。提问之一见好奇心保护计划之回答观众提问【无尽的前沿】 | 科技袁人

■ 西瓜视频：

https://www.ixigua.com/7215967573064548922

本视频2023年3月29日发布于西瓜视频，观看量3.6w。

提问一：石墨烯和超导有什么关系？

袁岚峰：之所以大家会想到石墨烯，可能是因为曹原对吧，他得了当年的Nature评的十大科学人物之一。他那贡献是什么？就是说他跟他的导师，他在MIT读博，他跟导师一块在Nature上连发了两篇文章，都是去研究这个转角石墨烯这个体系。

石墨烯就是石墨的一个单层，然后这个转角石墨烯就是两层石墨烯，但是把它们转了一个很小的角度。这个角度是多少呢？是1.1度，一个非常小的角度，但是结果就造成这样，它们就不重合了，然后从上面看起来就变成一个非常复杂的格子。然后他就告诉大家，第一，这个体系它是一个莫特绝缘体，这是个绝缘体，然后你再加个条件，再加点电压它又变成了超导体。

罗会仟：中间注点电子进去。

袁岚峰：非常神奇，它又变成一个超导体，但是超导的转变温度很低了，只有1.7 K。

罗会仟：对对对。

袁岚峰：所以这个引起了巨大轰动，当时就有很多自媒体发文章说，刚刚所谓持续几十年的难题被一位中国小将破解。我就说这个标题一看就是一惊一乍的营销号风格，但这确实是当年科学界非常轰动一个新闻。

罗会仟：当时很轰动，因为我在现场。

袁岚峰：噢，你在哪个现场？

罗会仟：在曹原老师的报告现场。

袁岚峰：ok。

罗会仟：当时是这样，其实我也去开了这个March meeting（美国物理学会三月会议），我在飞机上就拿到他的论文了，他还没有发表的时候我就拿到了，因为我要给Nature写一篇中文的报道。然后后来我到现场的时候，我们也没有想到这个事情会这么轰动，跟这次室温超导有点类似。也是正常我去March meeting的时候，因为提前半年安排的，所以大家都是一个小报告，正常的15分钟小报告。

然后这个小会场大概也就坐100人左右，不会太多，甚至几十人左右。然后事情发生什么呢？就是他那个导师的报告就是讲这个事情，专讲石墨烯的超导。这个导师是觉得这个可能会比较热闹，所以他故意提前了半个多小时去会场，不让进，里面挤满了人，保安把他拦在外面。

袁岚峰：这个事情引起巨大的轰动，是因为它是给人一个启发，是说转角石墨烯可能跟铜氧化物的超导机理有相似之处。它有可能启发……

罗会仟：机理有类似，并不是说报道那个室温超导那个时候就实现了 ，只有1 K多。

袁岚峰：它转变温度还是很低的，所以那东西并没有什么实用价值，至少到目前并没有。它主要是这个基础研究的价值，所以它也许可以启发我们了解铜氧化物的机理。比方说有个诺贝尔奖得主Laughlin他就说，这告诉我们铜氧化物超导可能本质上是一个很简单的东西，只不过我们还没有想到而已。

提问二：托卡马克装置有什么用，现在有什么用？

罗会仟：不要问现在啊。

秦经刚：要问将来。

袁岚峰：这个问得好，一下子问倒了。

秦经刚：托卡马克实际上是聚变装置的其中一种现在比较主流的一类装置，主要是解决这种未来聚变能源，实际上它的用途是在未来，不是在现在。那么现在的主要的用途，实际上就是开展未来这种能源应用的前端的物理研究，同时能够带动了就是说国内这种相关产业的发展。因为大科学工程归根结底最重要的东西是材料，如果你没有先进材料做支撑的话，你将来其实你也很难实现这种更高水平的这种装置，这是一样的。

罗会仟：核聚变这个装置一旦如果成功的话，它提供的电力到底有多少？

秦经刚：不不，这个你看目前就说……

罗会仟：就说ITER（国际热核聚变实验堆）吧。

秦经刚：ITER的话是500兆瓦，它的聚变功率定义是500兆瓦，然后未来我们的CFETR（中国聚变工程实验堆）定义是1-2个吉瓦（简称GW，1GW=1000MW），这个功率还是挺大的。

袁岚峰：它（ITER）的2倍到4倍。

秦经刚：对，是的，但是这个路还是很长。

罗会仟：还很长。

秦经刚：但是应该在我们有生之年应该能看到。

袁岚峰：是，所以大家要锻炼身体，好好活着。

秦经刚：对对对对。

提问三：石墨烯旋转的角度和超导的关系是被详细研究了吗？是否有其他角度也具有同样的超导效应？

罗会仟：转角石墨烯超导这个事情实际上在理论上是有预言的，或者说叫做魔角，我们叫魔角石墨烯。它在某一些角度是很特殊的，这会有一些特殊的物理学的性质，这些都是早就算出来了。只不过就是说像曹原那个工作是一度，一般来说大家不太关心，一度那么小我不好做，所以大家可能关心的更多其他更高角度的，那个实验上更容易操作。

然后去做了以后，当然没有发现超导，最后是曹原这个孩子动手能力特别强，他不仅解决了操控技术问题，他还解决软件问题。他自己编了一套软件，最终就把整个的转角的问题给解决了，只转一度，当然最开始那个魔角，他就发现了超导。所以超导有很多，后来其实又发现像我们组也做过叫做bilayer（双层）石墨烯，你把两层两层地摞，转个角也超导。你再多几层地摞，再转一下，或者你不用石墨烯，你用其他的二维材料转一个也超导，现在就来了一系列的物理叫做转角物理。

提问四：王贻芳教授提出的强子对撞机，中国还有建造计划吗？

罗会仟：这个事情我们也不知道，我只能说因为我们也不是他们团队的人，我们也没有得到这方面的消息。我们希望当然大装置在中国会越来越多。

秦经刚：但是为什么超导材料的发展，对它的装置和项目的推动是有意义的。

罗会仟：对，就是说你像高能所提的这个大型对撞机，它是两个阶段，一个叫CEPC，一个叫SppC。CEPC（环形正负电子对撞机）是一个电子对撞机，它其实根本不用超导磁体，它用我们现在的正负电子对撞机那个磁体就可以了，只要是它的半径足够大就可以。但是SppC（超级质子对撞机）是必须要用超导磁体，而且最好是要用20摄氏度以上的高温超导磁铁是最好的。

当然将来能不能实现我们还要努力，那个时候可能是30年甚至50年，反正就几十年后的事情。所以我们超导的研究还要继续持续下去，尤其是我们应用的研究，一定要努力的推动下去。如果没有一个大项目在牵引的话，很可能大家就不会去挑战那么不容易的东西了。

提问五：常温超导有理论依据吗？

罗会仟：常温超导其实有现成的理论。我们今天讨论的新闻，镥氮氢（Lu-N-H）这个室温超导其实它这个理论就是用了传统的理论，叫做BCS理论，就是1957年就提出来了，太早了。那就基于金属合金里面所谓的电声子耦合，这个东西就可以出超导，那么是非常成熟，以至于如果你知道这个材料的结构，你就可以把这个超导的Tc（临界温度）给算出来。

所以像Dias（室温超导论文作者）他们的工作镥氮氢，如果你把这个结构算对了，你告诉我精确的结构，我要去算它的Tc也是可以算出来的，这是没有任何问题的。但是所以说为什么能达到常温呢？是因为它得借助很高的压力，把它压得足够的结实，你才能让它的声子的能量足够的强，你才能产生足够高的温度。

如果你没有高压，只有常压的，你问BCS有没有室温超导，对不起，没有。那个理论是告诉我们有明确的一个上限是40 K，当然如果你要找到一个常压的室温的超导体的理论，现在为止没有，这只能这么说。