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攝氏度以下表現出超導性，化學式寫作：

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

據財聯社報道，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進入超導態的溫度），不僅僅是數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，將顛覆現有電力系統。而室溫超導的實現將深刻變革目前的能源體系、信息處理與傳輸體系，并在醫療檢測、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過程。LK-99首批重復實驗結果出爐：理論可行但未復現懸浮或超導。

7月31日16:13，北航的研究人員在arXiv上提交了論文，稱實驗結果未發現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，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，一位國內網絡博主發表視頻稱，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相變至超導態的過程中對磁場的排斥現象）。

但據他所說，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，不僅也宣稱發現了室溫超導體，還稱已經獲得了相關專利。

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，新發現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階段。

美國泰吉量子公司的首席執行官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漲勢，漲幅一度擴大至130%。

接下來幾天，會有更多的復現實驗結果出來。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，昂內斯在研究中發現，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，汞成為了科學家發現的第一個超導體，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進入超導態的溫度。

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。

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

超導現象被認為是20世紀最偉大的發現之一。

然而，發展至今，超導體的實際應用基本局限于磁懸浮等少數特定場景下，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。此次韓國研究團隊也提到，自昂內斯發現超導性以來，科學家們一直在尋找室溫超導體。

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

浙商證券在研報中指出，目前大多數超導材料的轉變溫度都在40K（-233℃）以下，限制了其在能源、醫療、信息、精密測量等領域的廣泛應用；目前僅發現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77K（-196℃）的非常規超導材料體系。

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℃））下即展現超導性，如果被復現成功，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。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℃下顯現出超導特性。但這項研究在當事人2019年5月發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現了室溫超導，但不久后就被多個實驗團隊發表聲明質疑，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，并最終實現商用，其巨大的價值很有可能開啟第四次工業革命”——能源利用效率極大增長，無需再開采化石能源，環境得到保護，人工智能飛速發展……

“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，這將引起全球電力網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。

當有電流傳輸通過導體，導體不發熱，電流幾乎不損耗，而通電產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，每公斤要一兩百元；而后來出現的“高溫超導”（此處特指臨界溫度進入液氮溫區的超導體）用液氮就可以實現，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、醫療檢測等諸多領域產生變革，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，將為醫療設備的小型化和便攜化提供可能，推動醫療技術的發展。

東吳證券認為，實驗結果從實驗室走到商業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，室溫超導的商業化落地時間還無從判斷：

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

現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，室溫超導的商業化落地時間還無從判斷。當前業內能夠實現大規模商業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：