引言  超导百年征程与终极梦想

1911年，荷兰物理学家海克·卡末林·昂内斯发现汞在4.2K（约-269℃）时电阻突然消失，人类第一次见识了超导的神奇现象。一百多年过去了，超导技术已经应用于磁共振成像、磁悬浮列车和广东会计算机等尖端领域。

然而，在这些辉煌成就的背后，有一个梦想始终激励着科学家：实现室温超导。如果能够在常温和常压下实现零电阻传输，将彻底变革能源传输、交通运输和广东会计算等领域，为人类文明带来前所未有的飞跃。

2025年9月，一项发表在《Nature Communications》上的重磅研究却给出了一个令人深思的结论：通过传统机制，在常压下实现室温超导几乎不可能。这项研究通过分析超过20,000种材料的电子-声子相互作用，揭示了传统超导体的终极极限。

第一章   超导梦想：从液氦温度到室温

超导材料分为传统和非常规两类。传统超导体遵循BCS理论（Bardeen-Cooper-Schrieffer理论），依靠电子-声子相互作用形成库珀对。这类材料的最高临界温度（T_c）曾经被认为不会超过30-40K。

2001年，MgB₂（二硼化镁）的发现打破了这一限制，将T_c提高到了39K。近年来，高压氢化物（如H₃S和LaH₁₀）甚至实现了200K以上的超导，但它们需要数百万倍大气压的极端条件，离实际应用遥远。

第二章  大数据扫描：20,000种材料的启示

第三章   关键发现：频率与耦合的权衡

研究发现，虽然某些氢化物的最高声子频率(W_max)可以超过5000K（接近H₂分子的振动频率），但决定超导温度的关键参数，对数平均声子频率(W_log)，很少超过1800K。

更重要的是，研究揭示了W_log与电子-声子耦合强度之间存在天然的权衡关系：高频率通常伴随低耦合强度，而强耦合往往需要较低的频率。

图1 材料的W_log与电子-声子耦合强度之间的关系图

第四章   明星材料：Li₂AgH₆和Li₂AuH₆

在众多材料中，两种氢化物脱颖而出：Li₂AgH₆和Li₂AuH₆。理论计算表明，它们的T_c可能分别达到108K和116K（约-165℃到-157℃），远高于MgB₂的39K。

这些材料具有各向同性的超导特性，适合高场应用，因为它们能够更好地容忍晶体缺陷，提供有效的磁通钉扎中心。

但是，这些材料在常压下是热力学不稳定的，Ag和Au化合物的能量分别比最稳定相高0.319eV/原子和0.172eV/原子。即使在高达50GPa的压力下，它们仍然不稳定。

第五章   合成困境：高T_c与不稳定性的矛盾

研究团队绘制了所有材料的T_c与热力学稳定性之间的关系图，发现了一个令人沮丧的趋势：T_c越高的材料，往往离热力学稳定区域越远。

最接近稳定区域的高T_c材料是LiMoN₂，预测T_c约为40K。但这个材料存在本征缺陷问题，会降低态密度并破坏超导性。

氢化物倾向于形成电荷补偿的半导体或绝缘体相，而金属相通常不稳定。硼掺杂的钻石结构则因为强碳-碳键被破坏而能量升高。

图2 材料的Tc与热力学稳定性之间的关系图

终章  结论：常压室温超导，道阻且长

基于大量计算数据，研究团队得出结论：常压传统超导体的T_c上限可能在100-120K左右，远低于室温（约300K）。

尽管物理定律并没有禁止更高的T_c，但实际上，实现比120K更高的T_c极其困难。这意味着通过传统电子-声子机制实现常压室温超导的可能性微乎其微。未来的突破可能需要依靠非常规配对机制、高压条件或者全新的物理现象。

这项研究不仅为超导材料探索提供了数据驱动的新范式，也提醒研究者更加关注材料的稳定性和可合成性。在追求更高T_c的同时，我们需要更加现实地评估材料的制备可行性。

实现常压室温超导或许需要科学家们跳出传统框架，寻找全新的思路和机制。这条道路可能比我们想象的更加漫长，但科学探索的脚步永远不会停止。

原文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-025-63702-w

       撰稿｜郑佳琪

       指导｜刘玉龙