作 者：葛佳明

來 源：華爾街見聞

原標題《“室溫超導”又火爆全球！物理學“圣杯”將開啟第四次工業(yè)革命？》

【資料圖】

來源：《三體》劇照

我們會見證超導時代的到來嗎？

從7月底開始，“室溫超導”風暴席卷全球，韓國團隊在arXiv上傳了兩篇論文，宣稱成功合成了世界上第一個室溫常壓超導體——改性鉛磷灰石晶體結構（LK-99），震驚了世界。

據(jù)悉LK-99是由鉛磷灰石稍加變動的六方結構，引入了少量的銅，使其可以在127攝氏度以下表現(xiàn)出超導性，化學式寫作：

常溫超導體被視為現(xiàn)代物理學“圣杯”之一，韓國研究團隊投下的“重磅”再次引爆了物理學界。

據(jù)財聯(lián)社報道，這兩篇論文在引起全球廣泛關注的同時，也遭到了質疑。該研究團隊的成員表示，論文存在缺陷，系團隊中的一名成員擅自發(fā)布，目前團隊已要求下架論文。

有分析指出，韓國團隊的LK-99“更讓人難以置信”，在于其不僅解決了溫度問題，甚至不需要“高壓助手”。而127℃的Tc（注：Tc超導轉變溫度，也就是超導體由正常態(tài)進入超導態(tài)的溫度），不僅僅是數(shù)字上比以往研究進一步大幅提高，更重要的是可應用的溫度區(qū)間大大拓寬。

簡單來說，這一頗具科幻色彩的技術，能在常溫下讓電子飛快通過，沒有電阻，沒有能量消耗，將顛覆現(xiàn)有電力系統(tǒng)。而室溫超導的實現(xiàn)將深刻變革目前的能源體系、信息處理與傳輸體系，并在醫(yī)療檢測、高速交通乃至可控核聚變等諸多領域帶來進步。

目前業(yè)內普遍認為，LK-99的制備過程似乎相當簡單，常溫常壓的條件，“手搓材料”的方式，讓人們在驚愕、質疑之外又燃起了希望—— 萬一超導真就這么簡單，難道不是個巨大的突破？

因此，不管是學材料的還是不學材料的都在緊張地圍觀各大實驗室復現(xiàn)過程。LK-99首批重復實驗結果出爐：理論可行但未復現(xiàn)懸浮或超導。

7月31日16:13，北航的研究人員在arXiv上提交了論文，稱實驗結果未發(fā)現(xiàn)LK-99的超導性。他們得到的LK-99樣品，其X射線衍射圖譜和韓國團隊一致，但無法檢測到巨大抗磁性，也未觀察到磁懸浮現(xiàn)象。從電輸運性質來看，LK-99更像是半導體；從電阻率看，LK-99與超導體的零電阻不符。

幾乎同時（7月31日17:58），美國勞倫斯伯克利國家實驗室（LBNL）研究員西尼德·M·格里芬在預印本網(wǎng)站arXiv提交了標題為《銅摻雜的鉛磷灰石中相關孤立扁平帶的起源》（Origin of correlated isolated flat bands in copper-substituted lead phosphate apatite）論文。

格里芬表示，他們使用了密度泛函理論（DFT）和GGA+U方法進行了計算，為近期韓國團隊所謂的“室溫常壓超導材料”提供了理論依據(jù)，她認為，計算結果顯示，LK-99可能存在超導性能，具備高溫超導體費米能級平坦帶特征。

8月1日下午，一位國內網(wǎng)絡博主發(fā)表視頻稱，華中科技大學團隊成功合成可以磁懸浮的LK-99“室溫超導晶體”，現(xiàn)已通過邁斯納效應驗證（注：邁斯納效應 Meissner effect）是超導體從一般狀態(tài)相變至超導態(tài)的過程中對磁場的排斥現(xiàn)象）。

但據(jù)他所說，這顆晶體雖然存在抗磁性，但比較弱，也沒有所謂的“零阻”，整體表現(xiàn)就像是半導體曲線。他認為，LK-99就算具備超導相，也是微量的超導雜質，無法形成連續(xù)的超導通路。

就在這支韓國團隊的研究真假還未有定論之際，美國研究公司迅速跟進，不僅也宣稱發(fā)現(xiàn)了室溫超導體，還稱已經(jīng)獲得了相關專利。

北京時間8月1日凌晨，位于美國泰吉量子公司公布照片稱，新發(fā)現(xiàn)一種室溫超導材料系一種石墨烯泡沫材料，非常易碎。公司已經(jīng)獲得了一項關于室溫超導材料的重要專利，這可能意味著該材料將進入生產(chǎn)階段。

美國泰吉量子公司的首席執(zhí)行官Paul Lilly表示：“很高興地宣布，我們終于獲得了我們的室溫II型超導體專利。”

消息傳出后，美國超導美股盤前延續(xù)漲勢，漲幅一度擴大至130%。

接下來幾天，會有更多的復現(xiàn)實驗結果出來。全世界研究者將合力驗證這次人類究竟能不能摘下室溫超導圣杯，進入全新的紀元。

究竟什么是超導？

100多年前，荷蘭物理學家昂內斯（Kamerlingh Onnes）為人類打開了超導這扇大門。1911年，昂內斯在研究中發(fā)現(xiàn)，當溫度降到4.2K以下時，金屬汞（Hg）的電阻突然降為零，而這并不是任何實驗上的紕漏導致的。

自此，汞成為了科學家發(fā)現(xiàn)的第一個超導體，其超導Tc為4.2K。所謂的超導Tc即超導轉變溫度，也就是超導體由正常態(tài)進入超導態(tài)的溫度。

零電阻是超導體的基本特征之一，此外一個重要的基本特征則是邁斯納效應。

繼昂內斯上述發(fā)現(xiàn)20余年后，邁斯納在研究測量中發(fā)現(xiàn)，材料處于超導態(tài)時，其內部磁場為零，展現(xiàn)出完全抗磁性，這也就被稱為邁斯納效應。

超導現(xiàn)象被認為是20世紀最偉大的發(fā)現(xiàn)之一。

然而，發(fā)展至今，超導體的實際應用基本局限于磁懸浮等少數(shù)特定場景下，原因在于：它通常需要被冷卻至極低溫，且需要施加極高的壓力才能成為超導態(tài)。此次韓國研究團隊也提到，自昂內斯發(fā)現(xiàn)超導性以來，科學家們一直在尋找室溫超導體。

因此，現(xiàn)代物理學“圣杯”之一，就是找到能在常溫常壓下，展現(xiàn)出超導特性的“室溫超導體”。

浙商證券在研報中指出，目前大多數(shù)超導材料的轉變溫度都在40K（-233℃）以下，限制了其在能源、醫(yī)療、信息、精密測量等領域的廣泛應用；目前僅發(fā)現(xiàn)銅氧化物超導體和鎳氧化物超導體2種轉變溫度達到液氮溫區(qū)77K（-196℃）的非常規(guī)超導材料體系。

此次韓國科研團隊公布的超導材料體系在“室溫常壓”（轉變溫度約400K（127℃））下即展現(xiàn)超導性，如果被復現(xiàn)成功，這將是超導領域革命性的進步。

“室溫常壓超導”為何讓全球振奮？

實際上，室溫超導和相關“研究成果”并不是首次出現(xiàn)。早在2018年，兩位印度科學家宣稱，一種金銀納米粒子構成的混合物在13℃下顯現(xiàn)出超導特性。但這項研究在當事人2019年5月發(fā)布修正后就不了了之。

今年3月，美國羅切斯特大學的迪亞斯團隊宣稱發(fā)現(xiàn)了室溫超導，但不久后就被多個實驗團隊發(fā)表聲明質疑，該文章也在質疑聲中被撤稿。

為什么人類如此渴望室溫超導？

先說意義，有分析認為“如果有人能夠攻破室溫常壓超導，并最終實現(xiàn)商用，其巨大的價值很有可能開啟第四次工業(yè)革命”——能源利用效率極大增長，無需再開采化石能源，環(huán)境得到保護，人工智能飛速發(fā)展……

“超導體”能夠在特定溫度下保證電阻為零，具有零電阻、完全抗磁性等特征，能被廣泛應用于儲能、磁懸浮列車、電力輸送、核磁共振等領域。

中郵證券指出，室溫超導意味著超長距離無損耗輸電得以實現(xiàn)，這將引起全球電力網(wǎng)絡的新一輪的基建狂潮，除此之外超導磁體、超導電纜、超導磁懸浮列車等方面均將有所突破。

以磁懸浮列車為例，日本的低溫超導型磁懸浮技術，利用超導材料做成超導線圈，通過在車廂上安裝制冷機，保證超導線圈能夠處于低溫超導狀態(tài)。

當有電流傳輸通過導體，導體不發(fā)熱，電流幾乎不損耗，而通電產(chǎn)生的磁力能讓列車保持上浮，并向前推進。然而，超導所需的超低溫度，成為相關技術推廣普及的痛點。

最開始，超導體需要接近絕對零度的低溫，一般要用液氦實現(xiàn)，每公斤要一兩百元；而后來出現(xiàn)的“高溫超導”（此處特指臨界溫度進入液氮溫區(qū)的超導體）用液氮就可以實現(xiàn)，每公斤4元，成本和礦泉水差不多。

如果室溫常壓超導材料取得突破，無疑將在能源、交通、計算機、醫(yī)療檢測等諸多領域產(chǎn)生變革，浙商證券指出：

1. 更高效的能源傳輸、轉換與存儲：超導材料利用零電阻的特性，可以無損耗地傳輸電力，使得能源傳輸效率、穩(wěn)定性和可靠性極大提升；

2. 更高速的交通方式：超導材料帶來電能傳輸效率的提升和磁懸浮列車降低成本的可能，將直接影響高速交通方式變革；

3. 更快的信息處理速度：超導材料在低溫環(huán)境下具有高度的量子特性，可用于構建量子計算機，運算速度遠超現(xiàn)有計算機，或將在信息處理領域帶來巨大變革；

4. 更先進的治療手段：超導材料在醫(yī)學領域具有廣泛的應用，例如MRI、超導線圈等。常溫常壓下超導材料的出現(xiàn)，將為醫(yī)療設備的小型化和便攜化提供可能，推動醫(yī)療技術的發(fā)展。

東吳證券認為，實驗結果從實驗室走到商業(yè)化應用放量都需要一定的時間，因此，即使室溫超導材料得到驗證，室溫超導的商業(yè)化落地時間還無從判斷：

低溫超導現(xiàn)象從1911年被發(fā)現(xiàn)，到八十年代才成熟應用在醫(yī)療核磁共振領域；而高溫超導材料在八十年代末被發(fā)現(xiàn)，因為材料制備工藝復雜，直到35年后才進入市場化應用。

現(xiàn)階段室溫超導材料制備成本高昂，批量化加工技術尚未成型，并且使用穩(wěn)定性仍需大量驗證。因此，即使室溫超導材料得到驗證，室溫超導的商業(yè)化落地時間還無從判斷。當前業(yè)內能夠實現(xiàn)大規(guī)模商業(yè)化落地的超導技術仍然以低溫超導和高溫超導為主。

本文來自：華爾街見聞，作者：葛佳明

好文推薦：

《人到中年，才讀懂李白》

《王志綱：村超爆火，背后有高人》

《蔡磊，永不屈服》

《一年600 億！中國第一村易主》

排版| 武小周

編輯|星辰主編| 孫允廣

關鍵詞：