室温超导，坩埚中炼出第四次工业革命？

7月22日，自从韩国科研团队在arXiv上宣称：发现了“常压室温超导体LK-99晶体”后，在全世界科学实验室里，包括B站、YouTube在内的视频网站上，迅速掀起了一场热闹非凡的，同时被网友们戏称为“坩埚炼丹”的研究热潮。

开始几天，公众对此版“LK-99晶体”调侃的论调占据主流。质疑韩国团队“学术信用有瑕疵”、“第四次工业革命就靠烧炉子？”、“还没拿下诺贝尔奖韩国团队就开始内讧了”的观点，频见报端。

但从8月1日开始，事情的走向发生了变化。中国、美国、俄罗斯三国的研发人员相继宣布在实验室里，初步复现了LK-99，并验证了其具有一定的超导材料属性。

【资料图】

虽然从目前的结果来看，初步的实验结果多表现为抗磁性，而人们最为关心的“零电阻”性并未得到验证，距离常温超导的商业应用更是漫长遥远。但“第四次工业革命”的盛宴愿景已足够激荡人心。

在大洋两岸，一场超导概念的上涨热潮已然引爆。

8月1日，受多方新闻公布的影响，A股的“超导概念”板块从下午开始突发暴涨，国缆检测、精达股份、中孚实业等多支概念股涨停。

8月2日早间开盘，整个板块持续拉升，国缆检测、超频三、中孚实业迅速涨停，百利电气、永鼎股份、创新新材等企业股价持续上涨。

在美股市场，超导概念同样火热。8月1日当晚，美国超导（AMSC）盘前涨幅一度超过150%，并以最终上涨60%收盘。

但市场上目前更为主流的声音，还趋于冷静和观望。

国泰君安分析师蒋亦凡在微博上表示：“超导=强抗磁性+零电阻。华科的实验，现在只能证明这种材料有一定抗磁性，而且不是很强。零电阻实验还没做，无法证明它是超导材料。”

不过，科学的演进除了必不可少的持续基础研究投入之外，历来不乏“上帝的礼物”。

2010年曾获得了诺贝尔物理学奖的“石墨烯材料发现”，就充满了偶然性。作为“新材料之王”，石墨烯的发现者本意是想得到一款更薄的石墨材料，于是他用胶带贴在石墨表面，粘下来一个几十个原子层厚的石墨层，再将胶带反复对折粘连并撕开。最终石墨层越来越薄，只剩下一个原子的厚度——石墨烯便由此诞生。

有了“手撕胶带”发现石墨烯这样的珠玉在前，没人敢对“坩埚烧出超导材料”的故事掉以轻心。此刻，更多人想了解的是：室温超导究竟是什么？LK-99的发现是货真价实的科技浪潮，还是又一次炒作和泡沫？

室温超导到底是什么？

一直以来，“室温超导材料”的研究被视为超导领域乃至整个凝聚态物理学的“圣杯”。

“超导”顾名思义，是指导体在某些特定条件下出现电阻为零的状态。而理想的“超导体”往往还具有抗磁性、高密度载流能力等特性。一经实现，将在电气与电子工程领域产生极为广泛的颠覆性应用价值。

刘慈欣在《三体》中，曾经描述过人类得以艰难突破了外星种群“三体人”的科技封锁，关键点之一便是人类通过对常温超导材料的突破，进而开发出了可控核聚变装置。

可控核聚变也被称为“人造太阳”，它清洁、安全、高效，取之不尽、用之不竭，足以支撑所有人类生活、生产活动——而具备抗磁性的超导材料，便是可控核聚变装置的核心部件之一。

室温超导如果得以实现，它所引发的深刻变革还远不止于此。目前的能源、量子计算机、信息传输，乃至医疗检测、新能源交通等行业，都将发生颠覆式的变化。例如，超导材料的零电阻会使输电系统的能量损失接近于零，应用其抗磁性产生大而稳定的磁场将使磁悬浮列车普及，而高效率的超导电机将成为汽车、航天航空、化工、建筑等领域的理想动力。

过去的数十年间，可以说人类对于超导体的研究和追寻从未停止，虽然核心突破步履维艰。

一位超导领域的研究者告诉「市界」，最近10天来，复现韩国团队LK-99实验的过程好比“炼丹”。而实验验证步骤则被大家戏称为“开炉”。

“我们不同团队和研发人员有一个交流群，彼此会在里面问问进度怎么样了，什么时候‘开炉’”。

这一切，都源于7月22日，来自韩国量子能源研究中心公司的科研团队在arXiv上发表的一篇论文。宣称自己发现了一种能在常压和127摄氏度以下，实现超导的以铜掺杂铅磷灰石材料构成的LK-99晶体。

▲（图源/视觉中国）

起初，韩国的这一科研成果并未引起学界重视——最大的原因在于他们公布的制造LK-99晶体的门槛实在过低，几乎在普通的初中实验室里就能完成。

LK-99的配方是什么？据某科技作者“远方青木”总结：“第一步，买一点氧化铅和硫酸铅粉末，按照1比1的比例放入坩埚中均匀混合，在空气中加热至725度烧24小时，得到黄铅矿晶体。第二步，把铜单质和磷粉末放入真空管，然后在坩埚里以480度的温度加热48小时，得到磷化亚铜晶体。第三步，把前两步烧制出来的两种晶体研磨成粉末后放入真空管，在坩埚里以925度加热5~20个小时，然后你就得到了一种铜掺杂的铅磷灰石，也就是LK-99晶体，具备常压室温超导性能。”

有网友评价：在这个实验流程里，除了那些俯拾可得的廉价化学材料，最值钱的大概是那个加热坩埚。

何况发布当天，韩国团队自己内部就发生了内讧。7月22日，当最早一篇三人合著的论文发上了arXiv后，几个小时后，同一个团队又上传了一篇六人合著的、行文更加严谨的论文。这也被网友调侃，“已经开始争该谁去领诺贝尔奖了吗？”

可想而知，这个看起来颇为儿戏的科学发现，起初并未激起水花。几天里，学界的众多科研团队都在尝试合成该晶体，也大多以失败告终。

不过，真正的转折点在8月1日前后突然发生。

美国劳伦斯伯克利国家实验室曾孕育出十几位诺贝尔奖得主。8月1日，该实验室研究员西尼德·M·格里芬（Sinéad M. Griffin）在题为《铜掺杂的铅磷灰石中相关孤立扁平带的起源》的论文中表示：她对LK-99进行了密度泛函理论计算，确定了其在费米级上相关的孤立平带。

简而言之，格里芬认为：“土法烧制”LK-99的手段存在可行性。

同日，一位俄罗斯科学家Iris Alexandra也宣布自己成功制备出了抗磁性的LK-99晶体，结果将随后发布。

8月1日，UP主“关山口男子技师”在B站上传了一段由实验室合成LK-99晶体的视频。后经多家媒体证实，该UP主属于华中科技大学材料学院。其博士后武浩、博士生杨丽，在常海欣教授的指导下，验证合成了可以磁悬浮的LK-99晶体，该晶体悬浮的角度比韩国团队描述的样品磁悬浮角度更大。

▲（左上为一根牙签，牙签所指“黑点”即为LK-99晶体。图源/B站视频截图）

虽然从公布的视频中看，华中科技大学合成的LK-99晶体，只是一个显微镜下、以微米量级计算的“小黑点”。但将一块钕铁硼磁体放在其下，“小黑点”会随着钕铁硼磁体的靠近和远离，不停地倒下或立起，表现出抗磁性。

截至昨日晚间22点，这段不到4分钟的视频在B站上的播放量超过了330万。

配方不稳引发“炼丹”狂欢

那么，从被质疑为骗子、泡沫，到各国实验室纷纷加入论证LK-99的行列，这几天里究竟发生了什么？

据目前互联网上的科技博主们分析，其关键的问题在于：韩国团队提供的制备方法虽然十分简单，“理论上3天半就能完成烧制”，但LK-99样品的“良品率”十分不稳定，具备相当大的偶然性——因此，目前韩国人自己，也难以提供可令人信服的超导样品。

据前述作者“远方青木”总结：根据超导理论，电子通过晶格时会发生震动，而震动的粒子如果撞到电子就会产生电阻。如果超低温，粒子的活性就会变低，电子流过就很难产生震动。如果超高压，那粒子就会被压住，电子流过就很难产生震动。

因此，人们早间提出的常温超导体的制备办法，是利用粒子之间的压力，把粒子互相锁住，进而实现室温超导。但这个设想，过去只能停留于幻想。

“这次韩国团队恰好实现了把粒子互相锁住的壮举。他们把不同的材料烧来烧去，最后恰好在一片样品中把铜粒子包裹住了铅粒子，铅粒子里面压住了一圈氧离子，制造出了一个铜皮铅心的管道，最里层的氧离子被铅粒子死死的压住了难以震动，从而导致电子流过时不会因粒子震动而产生电阻。”

不过，这种像中彩票一样的偶然性，很难在实验室中实现“量产”。这或许也解释了韩国团队宣布已发现超导晶体几个月，却难以复制出成功的样品，只好抢先宣布研发结果，“占据原创的高点”，进而请全世界实验室来参与共同验证的原因。

而过去几天里，各国实验室频繁“炼丹”失败，也证明了LK-99的配方非常不稳定。

就在3天前，“关山口男子技师”还在B站上表示：“抗磁性有，比较弱。零阻没有，整体就一半导体曲线，估计如果有超导相，也是微量的超导杂质，不能形成连续的超导通过。”

而在发表了验证LK-99抗磁性有效的2个小时之后，“关山口男子技师”又发布了一条补充视频。在新视频中，磁体放置在样品上方，并未看到样品出现明显反应。

▲（用磁体吸引LK-99样品未见明显反应。图源/B站视频截图）

而据学界的普遍观点，想要验证LK-99是否符合室温超导体特性，更为关键的还是要测试样品是否能够表现出零电阻特性。而受到样品的条件限制，如今能复现磁悬浮的样品还无法用于测量电阻。

据媒体报道：华中科技大学的实验室已经计划在制备新一批样品，希望能进一步测量出LK-99的电阻特性。

不过，如今在B站、抖音等网站，“复现超导”已经成为了许多科研爱好者的狂欢。在视频平台搜索“室温超导”，可以找到许多团队在对实验过程进行直播。

▲（许多团队在直播复现室温超导实验过程。图源/B站）

虽然这些研究，目前更多的结果都是失败。

就在劳伦斯伯克利国家实验室成功复现这一实验之前，印度国家物理实验室的实验室已表示对LK-99的复现失败，没有观察到制备的LK-99材料有零电阻特性。

而刚刚过去的7月31日，北航与中科院沈阳材料科学国家实验室也公开了有关复现 LK-99 的论文，同样表示结果不理想。

超导的梦想与崎岖

之所以LK-99的发现，虽还未经充分成功的论证，便已显而易见地成为了一个里程碑式的事件；源于一直以来，人类对于超导怀有宏大的梦想。在其背后，学术界、产业界对超导技术的研发已经历经百年。

以电力输送环节举例，如今日常使用的输电线缆的电阻输送热效应，会导致输送电能的7%耗散。而理论上，如果用超导材料制作电缆，这部分耗散就能得到避免。

可控核聚变企业“星环聚能”的CEO陈锐曾对媒体表示：“如果可控核聚变是造电动汽车，超导材料绕制而成的超导磁体相当于我们行业的锂电池。”

此前，要实现超导状态，过往在学术界中一直有两种技术路线探讨：超低温或超高压。这两种路线各有利弊——但基本都难以让超导体实现大面积普及。

其中，“超低温路线”是指超导体在一定温度（也称为临界温度）之下，具有零电阻特性，而临界温度往往需要低于25K-30K（-248.15℃-243.15℃）。

目前，低温超导体已经出现了一些落地应用。比如医用磁共振成像设备（MRI）中安装了由“铌-钛合金线圈”绕制成的超导磁体。而为了维持超导状态，磁共振成像设备均加装了专门的冷却装置。

而“超高压路线”则是指在几十万、几百万倍于大气压的超高压条件下，部分材料同样可以实现超导状态，因此它也被称作“高温超导”。

相较而言，超高压状态需要用金刚石顶砧或者各种大型压机来实现，对空间、成本等方面的要求更高。因此，产业界普遍认为，超低温路线更加容易实现。

今年3月，美国罗切斯特大学兰加·迪亚斯研究团队，曾宣布研发出了一种在室温和相对较低压力条件下，可以表现出超导性的材料。该材料是由氮、氢和镥组成，可在约20.6摄氏度的温度和10千巴（相当于标准大气压的1万倍）的压力下表现出超导性。

据媒体报道，此研发成果公布时，许多研发人员包括众多科研大佬闻讯赶来，现场在15分钟内，便被挤得座无虚席。

不过，虽然该实验所需的条件相比过去200多万倍的大气压环境，已降到了1万倍，但距离降至常温、常压仍有巨大难度——但这种程度的突破已足够引起学界、产界和资本的关注和兴奋。

据上海超导联合创始人、上海交通大学教授洪智勇向36碳表示：2019年是高温超导行业的爆发之年，“这一年恰好是很多超导下游应用完成第一个商业示范或者稍稍起量的阶段。我国上海和深圳的两条超导电缆在那时开始修建，超导感应加热器也在那时实现了小批量的量产。到了2020年，全球可控核聚变的民营化公司都陆续融到了资”。

2021年，美国核聚变公司CFS（Commonwealth Fusion Systems）融到18亿美金，也由此点燃了资本行业的热情。磁悬浮解决方案商“深磁科技”CEO彭楚尧也表示：近期有VC已经冲进了国内几个做超导研究的实验室。

据「市界」统计，近年来，我国超导领域发生的融资多集中于高温超导领域。去年6月，苏州“八匹马超导”完成了新一轮数千万元A+轮融资。同年，成立于2022年6月的新兴高温超导技术平台公司“翌曦科技”完成了5000万元种子轮融资。

就在几个月前，由于与可供核聚变密切相关的“超导技术”研发取得了一些突破，二级市场中的“超导概念股”股价便已出现了飞升。

不过无论是极低的环境温度条件要求，还是苛刻的高压条件，都限制了超导体的商业普及——这也是人类用超导电缆输送电力之梦难以实现的原因。

而最为理想的超导实现状态，无疑是在常温常压的条件下，这也是百年来学术界与产业界企及的方向。可想而知，如果接下来室温超导能够继续取得重大突破，又将爆发出怎样的科技风暴。

根据“东方财富证券”研报显示，目前室温超导有三大重点商业化落地场景，在电力技术应用预计将是首要的应用。超导线的载流能力是普通铜导线或铝导线的载流能力的50-500 倍，且其直流状态下的传输损耗为零，超导储能系统的储能效率则有望达到95%以上。

此外，室温超导还有两个拓展方向：一是超导磁体技术应用，涵盖核磁共振、高能加速器等领域；二是超导电子学应用：主要包括微波通信、超导计算机等各类应用。

当然，从目前来看，室温超导从走出实验室，到真正落地商用，势必还有很长的路要走。

作者 | 董温淑

编辑 | 李 原

运营 | 刘 珊

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