第三百七十八章 招揽

    物理学家们为了阐明超导体的机理，提出了多种理论，包括1935年提出的，用于描述超导电流与弱磁场关系的London方程，1950到1953年提出的，用于完善London方程的Pippard理论，1950年提出的，用于描述超导电流与强磁场（接近临界磁场强度）关系的GL理论；1957年提出的，从微观机制上解释第一类超导体的BCS理论……一直到现在，科学家开始提出通过量子相变实现超导的新机制：即量子自旋霍尔绝缘体的拓扑缺陷凝聚形成超导体。

    这里面，比较重要的就是GL理论和BCS理论。

    GL理论是在朗道二级相变理论的基础上提出的唯象理论。

    理论的提出者是京茨堡和朗道。

    GL理论的提出是基于以下考虑：当外界磁场强度接近超导体的临近磁场强度时，超导体的电流不服从线性规律，且超导体的零点振动能不可忽略。

    GL理论的最大贡献在于预见了第二类超导体的存在。

    从GL理论出发，可以引出表面能κ的概念。

    当超导体的表面能κ＞1/√2时，为第一类超导体；当超导体的表面能κ＜1/√2  时，为第二类超导体。

    BCS理论则是以近自由电子模型为基础，以弱电子－声子相互作用为前提建立的理论。

    理论的提出者是巴丁（***ardeen）、库珀（.Cooper）、施里弗（.Schrieffer）。

    BCS理论认为，金属中自旋和动量相反的电子可以配对形成库珀对，库珀对在晶格当中可以无损耗的运动，形成超导电流。

    简单地说，我们可以把电子比喻成一只只有一个翅膀的小蜜蜂，这样的小蜜蜂是飞不起来的，但两只这样的小蜜蜂结合在一起，翅膀一左一右煽动，就可以飞起来了。

    对于库珀对产生的原因，BCS理论做出了如下解释：电子在晶格中移动时会吸引邻近格点上的正电荷，导致格点的局部畸变，形成一个局域的高正电荷区。这个局域的高正电荷区会吸引自旋相反的电子，和原来的电子以一定的结合能相结合配对。在很低的温度下，这个结合能可能高于晶格原子振动的能量，这样，电子对将不会和晶格发生能量交换，没有电阻，形成超导电流。

    BCS理论很好地从微观上解释了第一类超导体存在的原因，理论的提出者巴丁、库珀、施里弗因此获得1972年诺贝尔物理学奖。

    但BCS理论无法解释第二类超导体存在的原因，尤其是根据BCS理论得出的麦克米兰极限温度（超导体的临界转变温度不能高于40K），早已被第二类超导体突破。

    直到现在，物理学界也没有形成一个获得普遍认可的超导形成机制。

    至于在高温超导体的探索上，学术界倒是取得了不少进展。

    1986年，缪勒和柏诺兹发现一种成分为钡、镧、铜、氧的陶瓷性金属氧化物LaBaCuO4具有高温超导性，临界温度可达35K（﹣240.15℃）。

    由于陶瓷性金属氧化物通常是绝缘物质，因此这个发现的意义很大，缪勒和柏诺兹因此而荣获了1987年度诺贝尔物理学奖。

    此后，高温超导的研究迅速发展。

    在中美等国科学家的推动下，该记录在五年内不断刷新。

    并于1994年创下了常压135K，高压164K的临界温度新纪录。

    然而，铜氧化物高温超导材料属于氧化物陶瓷，缺乏柔韧性和延展性，容易在承载大电流时失去超导电性而迅速发热，应用起来存在许多技术难度。

    而且，其物理性质及其复杂，难以被现有理论框架解释。

    到了2008年，日本科学家发现了铁砷化物体系中存在26K的超导电性，在中国科学家的努力下，这类超导材料的临界温度很快突破了40K，甚至在块体材料中实现了55K的超导电性。

    于是新一代超导家族铁基超导宣告发现。

    只是这类超导体大多含砷或者碱金属，对空气敏感，应用方面同样存在很多的局限性。

    至于室温超导体是否存在，目前学术界普遍是认为存在的，日本科学家甚至将寻找到400K以上的超导体作为其远景目标。

    但要百分之百确认一个室温超导体的存在，却不是一件容易的事。

    毕竟要判断一个新材料是否是超导体，必须同时具备零电阻效应和完全抗磁性两大特征，电阻不降到零或者抗磁性很差都不能百分之百断定是超导。

    历史上，有多个“超导体”因为没有确切证据，而被科学家戏称为可疑超导体，简称USO，和传说中的UFO有的一拼。

    在这些USO中，有的宣称达到了200K甚至400K都有超导电性，却从来没有被更多的实验证明过。

    甚至有些人为了谋取个人利益，干脆进行学术造假。

    比如一位叫做简·亨德里克·肖恩的德国人，曾经在2001年疯狂灌水，声称在C60等材料中发现了52K以上的高温超导电性以及其他一系列电子器件应用，其论文产出效率达到了每八天一篇的速度。

    最终，物理学家们发现他的论文几乎全部都进行了数据造假。

    Science系列杂志2002年撤稿七篇，Nature系列杂志2003年撤稿八篇，其他学术期刊也纷纷撤稿数十篇。

    后来他的母校看不下去了，撤销了他的博士学位，这桩丑闻轰动了整个学术界，肖恩也被称为物理学界五十年一遇的大骗子。

    虽然如此，学术界对于室温超导体的热度始终不减。

    特别是近年来，几乎每个月都有新的超导体被发现。

    其中比较重要的有2015年，德国科学家.Drozdov发现了硫化氢在200万个大气压下具备203K的超导电性，但如此苛刻的条件，也就只能在实验室里才能完成。

    到了2019年，.Drozdov团队又证实了压强为100万个地球大气压强时，各种富含氢的镧系金属氢化物在250K也就是零下二十度左右变成超导体。

    可以说，在实验室层面，距离真正意义上的室温超导体只一步之遥了。

    另外一个比较重要的发现，则与中国人有关。

    2018年，麻省理工Jarillo  Herrero团队在实验中发现，双层石墨烯在扭转角度1.1度，温度1.7K时，出现了超导现象。

    这篇论文的第一作者是麻省理工博士生，一位1996年出生，来自中国的天才少年曹源，当年他凭借这一发现，荣登《自然》2018年度影响世界的十大科学人物榜首。

    双层石墨烯超导的临界温度很低，只有1.7K，基本不具备实用价值。

    这一发现之所以重要，因为它呈现了一种全新的物理现象，和其他超导材料完全不同，这对超导原理的解释以及寻找高温超导材料意义重大。

    花了将近一周的时间，庞学林梳理完现实世界关于超导体的研究现状，得出的结论就是：电磁相互作用的对称破缺必然导致电子集群运动的变化，从而触发超导现象。

    这是超导在实用领域的一个定义，也是学术界关于超导体的唯一一个共识。

    至于理论方面的解释，那就八仙过海各显神通了。

    ……

    梳理当前超导体材料的研究现状，只是庞学林的第一步，接下来，庞学林还要把自己从乡村教师世界、黑暗森林世界以带回的相关技术论文全部研究一遍。

    乡村教师世界，庞学林获得了源自碳基生命联盟的量子计算机技术；黑暗森林世界，他获得的则是电磁轨道推进技术以及空天飞机技术全套资料。

    此前庞学林一直没时间进行仔细研究，因此，他需要闭关一段时间，将这些技术全部进行消化吸收后，才能真正开始部署电磁轨道推进技术以及空天飞机技术的研发工作。

    而且，庞学林有百分之八十的把握，从这些资料中获得室温超导体的相关线索。

    这天上午，庞学林刚抵达办公室，就对左亦秋道：“小左，帮我看一下今后一周的行程安排。”

    “庞教授，10月12日，也就是明天上午您要出席金龙集团首座金龙电池工厂的落成仪式，后天江大庞学林数学中心正式揭牌，您也得参加，10月15日到20日，是钱塘实验室以及江城高等研究院集中面试时间，到时候会有超过一百位从全球各地赶过来的学者与您会面……”

    庞学林沉吟片刻，抬头道：“诺贝尔奖颁奖典礼是什么时候？”

    “12月10日。”

    庞学林道：“帮我把从10月21日到12月8日这段时间空出来，这段时间我要闭关，不要让任何人打扰到我。”

    “闭关？”

    左亦秋微微一愣，有些不解。

    庞学林道：“我搞研究的时候不希望有人打搅。”

    “哦。”

    左亦秋脸上露出恍然之色，随即，左亦秋又道：“对了，庞教授，上周您让我联系的那位曹源博士，他下午抵达江城和您见面。”

    “曹源下午到？”

    庞学林脸上露出惊喜之色。

    他找曹源，自然是为了超导方面的研究。

    如果说这个世界上真有天才的话，那么曹源无疑是其中之一。

    甚至从某种程度上说，比起经过基因优化剂改造之前的庞学林，曹源是真正意义上的天才。

    曹源是西川省人，从小就展现了过人的学习天赋。

    因为天赋异凛，十一岁被深城的一所实验中学看中。

    在实验中学中，他仅用三年时间就读完了小学和中学全部的课程。

    三年之后，十四岁的曹源以668的成绩考进了中国科学技术大学少年班。

    本科阶段，曹源依旧成绩优异，获得了中科大的郭沫若奖学金。

    十八岁那年，曹源本科毕业，获得了麻省理工的offer。

    进入麻省理工后，曹源虽然与自己想要进的物理系失之交臂，却意外进入了麻省理工电气工程系，跟随导师Herrero读博，然后在HERRERO手下对双层石墨烯的相关特性展开研究。

    二十二岁，曹源以第一作者的身份在《自然》杂志发表两篇关于石墨烯超导的文章，引发学术界广泛关注。

    同年，曹源登上《自然》2018年度影响世界十大科学人物榜首的未知。

    曹源后来的经历庞学林不太了解，这段时间他查超导方面的资料时，隐隐感觉到曹源的那个发现，对于他寻找一种具备普适意义的超导理论至关重要。

    因此他托人问了下曹源的情况，这才知道曹源已经是中科大的副教授，独立带领一个团队搞凝聚态物理方面的研究。

    于是庞学林干脆让左亦秋联系上了曹源，希望能和他见一面。

    他倒没想到，曹源会主动赶过来。

    下午两点半，庞学林在办公室里见到了这位只比自己大两岁的天才少年。

    曹源中等个子，身材消瘦，带着眼镜，人看起来很精神。

    两人年纪相当，又同属于学术界的新生力量，很快就熟络起来。

    寒暄片刻之后，庞学林笑道：“曹教授，我这次之所以邀请你过来，是想问你一下，有兴趣加入钱塘实验室吗？”

    “加入钱塘实验室？”

    曹源微微一愣，脸上不由得露出一丝为难的神色。

    他之所以在接到左亦秋的电话后，主动赶到江城，主要是对庞学林他们团队的大尺寸高纯度单层石墨烯制备技术比较感兴趣。

    他也才回国一年多，目前在中科大带领一支团队搞石墨烯超导方面的研究，但中科大那边制备石墨烯采用的是CVD外延生长设备，不管是纯度还是缺陷，都和江大碳纳米材料研究中心的石墨烯有不小的差距。

    他还指望着能从庞学林这里搞点高纯度的单层石墨烯回去，却没想到庞学林打起了挖角的主意。

    来钱塘实验室工作，这个诱惑不可谓不大。

    特别是柯顿·沃克和庞学林合作搞定锂空气电池后，学术界想和庞学林合作的人有如过江之鲫。

    要是曹源回国之前，庞学林向他发出橄榄枝，说不定他当场就答应了。

    只是现在他刚回中科大一年多，中科大那边给他的福利待遇以及科研条件都非常不错，而且他又是中科大培养出来的，对母校很有感情，庞学林突然向他抛来橄榄枝，他自然有些犹豫。

    庞学林一眼就看出了曹源的心态，微笑道：“曹教授，我的意思不是让你从中科大离职，而是我们钱塘实验室和中科大一同合作，帮你共建实验室，当然，你同时也算是我们钱塘实验室的一员。我唯一的一点要求就是，希望你能按照我给出的相关理论分析，帮我寻找碳纳米材料领域可能存在的超导体。”

    “啊？”

    曹源微微一愣，连忙点头道：“当然没问题！我回去之后马上找校领导提一下，我想我们学校应该会很有兴趣和钱塘实验室的合作。”

    “那就好！”

    庞学林笑了起来。

    根据他所知，2014年曹原就加入了Pablo  Jarillo-Herrero在麻省理工学院的团队，该团队当时已经开始进行将碳片层堆叠和旋转至不同角度的尝试。

    曹源的主要工作是考察在堆叠的双层石墨烯中，如果将其中一层相对另一层旋转极小的角度后会发生什么。

    根据一种理论预测，这种扭曲会极大地改变石墨烯的行为，但许多物理学家对此持怀疑态度。

    曹源决心创造出这种以微妙角度扭曲的双层石墨烯，并发现了一些奇异的现象。

    对石墨烯施加微弱的电场并冷却至绝对零度以上1.7度时，会让能导电的石墨烯变成绝缘体。

    然后只需稍微调整一下电场，扭曲的双层石墨烯就能成为一个超导体，让电子实现零电阻流动。

    从庞学林了解到的情况来看，曹源在这个实验中，用原创的方法先将单层石墨烯撕裂，组成方向相同的双层石墨烯，并在此基础上进行微调校准。

    此外，他还通过调整低温系统，达到了能让超导态更为显著的温度。

    事实上当时凝聚态物理学界，同样也有团队注意到了转角1.2左右的时候双层石墨烯体系的鞍点会降到费米面附近，而且紧束缚的结果和试验结果明显不符，这也意味着体系存在强关联。

    但没人想到对这个体系进行降温，并且做输运。

    由此可见曹源的这份工作并非源自运气，而是实力使然，他们实验做的很细致，也非常清楚自己的预期。

    而且曹源强大的动手能力，也成为这项成果的关键所在。

    这也是他能够成为那两篇论文一作的主要原因。

    这样一位天赋实力俱佳的实验物理学家，正是庞学林需要的合作对象。

    接下来，庞学林和曹源又聊了一下超导方面的议题，就帮他扩充实验室设备以及相关团队达成了一致意见，当天晚上，庞学林还专门让左亦秋预定了一家酒店宴请曹源，两人相谈甚欢。

    至于后续与中科大的一些接触以及具体合作内容，庞学林就交给手下的团队去处理了。

    在出席完首座金龙电池工厂落成典礼以及庞学林数学研究中心的揭幕后，庞学林又花了五天时间，面试了一百多位希望入职钱塘实验室以及江城高等研究院的学者，然后开始进入闭关状态。

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