室温超导爆火，为何让全球振奋？

作 者：葛佳明

来 源：华尔街见闻

原标题《“室温超导”又火爆全球！物理学“圣杯”将开启第四次工业革命？》

【资料图】

来源：《三体》剧照

我们会见证超导时代的到来吗？

从7月底开始，“室温超导”风暴席卷全球，韩国团队在arXiv上传了两篇论文，宣称成功合成了世界上第一个室温常压超导体——改性铅磷灰石晶体结构（LK-99），震惊了世界。

据悉LK-99是由铅磷灰石稍加变动的六方结构，引入了少量的铜，使其可以在127摄氏度以下表现出超导性，化学式写作：

常温超导体被视为现代物理学“圣杯”之一，韩国研究团队投下的“重磅”再次引爆了物理学界。

据财联社报道，这两篇论文在引起全球广泛关注的同时，也遭到了质疑。该研究团队的成员表示，论文存在缺陷，系团队中的一名成员擅自发布，目前团队已要求下架论文。

有分析指出，韩国团队的LK-99“更让人难以置信”，在于其不仅解决了温度问题，甚至不需要“高压助手”。而127℃的Tc（注：Tc超导转变温度，也就是超导体由正常态进入超导态的温度），不仅仅是数字上比以往研究进一步大幅提高，更重要的是可应用的温度区间大大拓宽。

简单来说，这一颇具科幻色彩的技术，能在常温下让电子飞快通过，没有电阻，没有能量消耗，将颠覆现有电力系统。而室温超导的实现将深刻变革目前的能源体系、信息处理与传输体系，并在医疗检测、高速交通乃至可控核聚变等诸多领域带来进步。

目前业内普遍认为，LK-99的制备过程似乎相当简单，常温常压的条件，“手搓材料”的方式，让人们在惊愕、质疑之外又燃起了希望—— 万一超导真就这么简单，难道不是个巨大的突破？

因此，不管是学材料的还是不学材料的都在紧张地围观各大实验室复现过程。LK-99首批重复实验结果出炉：理论可行但未复现悬浮或超导。

7月31日16:13，北航的研究人员在arXiv上提交了论文，称实验结果未发现LK-99的超导性。他们得到的LK-99样品，其X射线衍射图谱和韩国团队一致，但无法检测到巨大抗磁性，也未观察到磁悬浮现象。从电输运性质来看，LK-99更像是半导体；从电阻率看，LK-99与超导体的零电阻不符。

几乎同时（7月31日17:58），美国劳伦斯伯克利国家实验室（LBNL）研究员西尼德·M·格里芬在预印本网站arXiv提交了标题为《铜掺杂的铅磷灰石中相关孤立扁平带的起源》（Origin of correlated isolated flat bands in copper-substituted lead phosphate apatite）论文。

格里芬表示，他们使用了密度泛函理论（DFT）和GGA+U方法进行了计算，为近期韩国团队所谓的“室温常压超导材料”提供了理论依据，她认为，计算结果显示，LK-99可能存在超导性能，具备高温超导体费米能级平坦带特征。

8月1日下午，一位国内网络博主发表视频称，华中科技大学团队成功合成可以磁悬浮的LK-99“室温超导晶体”，现已通过迈斯纳效应验证（注：迈斯纳效应 Meissner effect）是超导体从一般状态相变至超导态的过程中对磁场的排斥现象）。

但据他所说，这颗晶体虽然存在抗磁性，但比较弱，也没有所谓的“零阻”，整体表现就像是半导体曲线。他认为，LK-99就算具备超导相，也是微量的超导杂质，无法形成连续的超导通路。

就在这支韩国团队的研究真假还未有定论之际，美国研究公司迅速跟进，不仅也宣称发现了室温超导体，还称已经获得了相关专利。

北京时间8月1日凌晨，位于美国泰吉量子公司公布照片称，新发现一种室温超导材料系一种石墨烯泡沫材料，非常易碎。公司已经获得了一项关于室温超导材料的重要专利，这可能意味着该材料将进入生产阶段。

美国泰吉量子公司的首席执行官Paul Lilly表示：“很高兴地宣布，我们终于获得了我们的室温II型超导体专利。”

消息传出后，美国超导美股盘前延续涨势，涨幅一度扩大至130%。

接下来几天，会有更多的复现实验结果出来。全世界研究者将合力验证这次人类究竟能不能摘下室温超导圣杯，进入全新的纪元。

究竟什么是超导？

100多年前，荷兰物理学家昂内斯（Kamerlingh Onnes）为人类打开了超导这扇大门。1911年，昂内斯在研究中发现，当温度降到4.2K以下时，金属汞（Hg）的电阻突然降为零，而这并不是任何实验上的纰漏导致的。

自此，汞成为了科学家发现的第一个超导体，其超导Tc为4.2K。所谓的超导Tc即超导转变温度，也就是超导体由正常态进入超导态的温度。

零电阻是超导体的基本特征之一，此外一个重要的基本特征则是迈斯纳效应。

继昂内斯上述发现20余年后，迈斯纳在研究测量中发现，材料处于超导态时，其内部磁场为零，展现出完全抗磁性，这也就被称为迈斯纳效应。

超导现象被认为是20世纪最伟大的发现之一。

然而，发展至今，超导体的实际应用基本局限于磁悬浮等少数特定场景下，原因在于：它通常需要被冷却至极低温，且需要施加极高的压力才能成为超导态。此次韩国研究团队也提到，自昂内斯发现超导性以来，科学家们一直在寻找室温超导体。

因此，现代物理学“圣杯”之一，就是找到能在常温常压下，展现出超导特性的“室温超导体”。

浙商证券在研报中指出，目前大多数超导材料的转变温度都在40K（-233℃）以下，限制了其在能源、医疗、信息、精密测量等领域的广泛应用；目前仅发现铜氧化物超导体和镍氧化物超导体2种转变温度达到液氮温区77K（-196℃）的非常规超导材料体系。

此次韩国科研团队公布的超导材料体系在“室温常压”（转变温度约400K（127℃））下即展现超导性，如果被复现成功，这将是超导领域革命性的进步。

“室温常压超导”为何让全球振奋？

实际上，室温超导和相关“研究成果”并不是首次出现。早在2018年，两位印度科学家宣称，一种金银纳米粒子构成的混合物在13℃下显现出超导特性。但这项研究在当事人2019年5月发布修正后就不了了之。

今年3月，美国罗切斯特大学的迪亚斯团队宣称发现了室温超导，但不久后就被多个实验团队发表声明质疑，该文章也在质疑声中被撤稿。

为什么人类如此渴望室温超导？

先说意义，有分析认为“如果有人能够攻破室温常压超导，并最终实现商用，其巨大的价值很有可能开启第四次工业革命”——能源利用效率极大增长，无需再开采化石能源，环境得到保护，人工智能飞速发展……

“超导体”能够在特定温度下保证电阻为零，具有零电阻、完全抗磁性等特征，能被广泛应用于储能、磁悬浮列车、电力输送、核磁共振等领域。

中邮证券指出，室温超导意味着超长距离无损耗输电得以实现，这将引起全球电力网络的新一轮的基建狂潮，除此之外超导磁体、超导电缆、超导磁悬浮列车等方面均将有所突破。

以磁悬浮列车为例，日本的低温超导型磁悬浮技术，利用超导材料做成超导线圈，通过在车厢上安装制冷机，保证超导线圈能够处于低温超导状态。

当有电流传输通过导体，导体不发热，电流几乎不损耗，而通电产生的磁力能让列车保持上浮，并向前推进。然而，超导所需的超低温度，成为相关技术推广普及的痛点。

最开始，超导体需要接近绝对零度的低温，一般要用液氦实现，每公斤要一两百元；而后来出现的“高温超导”（此处特指临界温度进入液氮温区的超导体）用液氮就可以实现，每公斤4元，成本和矿泉水差不多。

如果室温常压超导材料取得突破，无疑将在能源、交通、计算机、医疗检测等诸多领域产生变革，浙商证券指出：

1. 更高效的能源传输、转换与存储：超导材料利用零电阻的特性，可以无损耗地传输电力，使得能源传输效率、稳定性和可靠性极大提升；

2. 更高速的交通方式：超导材料带来电能传输效率的提升和磁悬浮列车降低成本的可能，将直接影响高速交通方式变革；

3. 更快的信息处理速度：超导材料在低温环境下具有高度的量子特性，可用于构建量子计算机，运算速度远超现有计算机，或将在信息处理领域带来巨大变革；

4. 更先进的治疗手段：超导材料在医学领域具有广泛的应用，例如MRI、超导线圈等。常温常压下超导材料的出现，将为医疗设备的小型化和便携化提供可能，推动医疗技术的发展。

东吴证券认为，实验结果从实验室走到商业化应用放量都需要一定的时间，因此，即使室温超导材料得到验证，室温超导的商业化落地时间还无从判断：

低温超导现象从1911年被发现，到八十年代才成熟应用在医疗核磁共振领域；而高温超导材料在八十年代末被发现，因为材料制备工艺复杂，直到35年后才进入市场化应用。

现阶段室温超导材料制备成本高昂，批量化加工技术尚未成型，并且使用稳定性仍需大量验证。因此，即使室温超导材料得到验证，室温超导的商业化落地时间还无从判断。当前业内能够实现大规模商业化落地的超导技术仍然以低温超导和高温超导为主。

本文来自：华尔街见闻，作者：葛佳明

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编辑|星辰主编| 孙允广

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