我們會(huì )見(jiàn)證超導時(shí)代的到來(lái)嗎？

【資料圖】

從7月底開(kāi)始，“室溫超導”風(fēng)暴席卷全球，韓國團隊在arXiv上傳了兩篇論文，宣稱(chēng)成功合成了世界上第一個(gè)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(dòng)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(xué)式寫(xiě)作：

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

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(wèn)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(jìn)入超導態(tài)的溫度），不僅僅是數字上比以往研究進(jìn)一步大幅提高，更重要的是可應用的溫度區間大大拓寬。

簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，這一頗具科幻色彩的技術(shù)，能在常溫下讓電子飛快通過(guò)，沒(méi)有電阻，沒(méi)有能量消耗，將顛覆現有電力系統。而室溫超導的實(shí)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(lǐng)域帶來(lái)進(jìn)步。

目前業(yè)內普遍認為，LK-99的制備過(guò)程似乎相當簡(jiǎn)單，常溫常壓的條件，“手搓材料”的方式，讓人們在驚愕、質(zhì)疑之外又燃起了希望 —— 萬(wàn)一超導真就這么簡(jiǎn)單，難道不是個(gè)巨大的突破？

因此，不管是學(xué)材料的還是不學(xué)材料的都在緊張的圍觀(guān)各大實(shí)驗室復現過(guò)程。LK-99首批重復實(shí)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(chēng)實(shí)驗結果未發(fā)現LK-99的超導性。他們得到的LK-99樣品，其X射線(xiàn)衍射圖譜和韓國團隊一致，但無(wú)法檢測到巨大抗磁性，也未觀(guān)察到磁懸浮現象。從電輸運性質(zhì)來(lái)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(shí)（7月31日17:58），美國勞倫斯伯克利國家實(shí)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(guān)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(jìn)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(wǎng)絡(luò )博主發(fā)表視頻稱(chēng)，華中科技大學(xué)團隊成功合成可以磁懸浮的LK-99“室溫超導晶體”，現已通過(guò)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(guò)程中對磁場(chǎng)的排斥現象)。

但據他所說(shuō)，這顆晶體雖然存在抗磁性，但比較弱，也沒(méi)有所謂的“零阻”，整體表現就像是半導體曲線(xiàn)。他認為，LK-99就算具備超導相，也是微量的超導雜質(zhì)，無(wú)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(jìn)，不僅也宣稱(chēng)發(fā)現了室溫超導體，還稱(chēng)已經(jīng)獲得了相關(guān)專(zhuān)利。

北京時(shí)間8月1日凌晨，位于美國泰吉量子公司公布照片稱(chēng)，新發(fā)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(jīng)獲得了一項關(guān)于室溫超導材料的重要專(zhuān)利，這可能意味著(zhù)該材料將進(jìn)入生產(chǎn)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(zhuān)利。 ”

消息傳出后，美國超導美股盤(pán)前延續漲勢，漲幅一度擴大至130%。

接下來(lái)幾天，會(huì )有更多的復現實(shí)驗結果出來(lái)。全世界研究者將合力驗證這次人類(lèi)究竟能不能摘下室溫超導圣杯，進(jìn)入全新的紀元。

究竟什么是超導？

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

自此，汞成為了科學(xué)家發(fā)現的第一個(gè)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(jìn)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(gè)重要的基本特征則是邁斯納效應。繼昂內斯上述發(fā)現20余年后，邁斯納在研究測量中發(fā)現，材料處于超導態(tài)時(shí)，其內部磁場(chǎng)為零，展現出完全抗磁性，這也就被稱(chēng)為邁斯納效應。

超導現象被認為是20世紀最偉大的發(fā)現之一。

然而，發(fā)展至今，超導體的實(shí)際應用基本局限于磁懸浮等少數特定場(chǎng)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)現超導性以來(lái)，科學(xué)家們一直在尋找室溫超導體。

因此，現代物理學(xué)“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(lǐng)域的廣泛應用；目前僅發(fā)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(lǐng)域革命性的進(jìn)步。

“室溫常壓超導”為何讓全球振奮？

實(shí)際上，室溫超導和相關(guān)“研究成果”并不是首次出現。早在2018年，兩位印度科學(xué)家宣稱(chēng)，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(fā)布修正后就不了了之。

今年3月，美國羅切斯特大學(xué)的迪亞斯團隊宣稱(chēng)發(fā)現了室溫超導，但不久后就被多個(gè)實(shí)驗團隊發(fā)表聲明質(zhì)疑，該文章也在質(zhì)疑聲中被撤稿。

為什么人類(lèi)如此渴望室溫超導？

先說(shuō)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(shí)現商用，其巨大的價(jià)值很有可能開(kāi)啟第四次工業(yè)革命?！?/p>

——能源利用效率極大增長(cháng)，無(wú)需再開(kāi)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(chē)、電力輸送、核磁共振等領(lǐng)域。

中郵證券指出，室溫超導意味著(zhù)超長(cháng)距離無(wú)損耗輸電得以實(shí)現，這將引起全球電力網(wǎng)絡(luò )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(chē)等方面均將有所突破。

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

當有電流傳輸通過(guò)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(chē)保持上浮，并向前推進(jìn)。然而，超導所需的超低溫度，成為相關(guān)技術(shù)推廣普及的痛點(diǎn)。

最開(kāi)始，超導體需要接近絕對零度的低溫，一般要用液氦實(shí)現，每公斤要一兩百元；而后來(lái)出現的“高溫超導”（此處特指臨界溫度進(jìn)入液氮溫區的超導體）用液氮就可以實(shí)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(wú)疑將在能源、交通、計算、醫療檢測等諸多領(lǐng)域產(chǎn)生變革，浙商證券指出：

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(wú)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；

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

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，運算速度遠超現有計算機，或將在信息處理領(lǐng)域帶來(lái)巨大變革；

更先進(jìn)的治療手段：超導材料在醫學(xué)領(lǐng)域具有廣泛的應用，例如MRI、超導線(xiàn)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(dòng)醫療技術(shù)的發(fā)展。

東吳證券認為，實(shí)驗結果從實(shí)驗室走到商業(yè)化應用放量都需要一定的時(shí)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(shí)間還無(wú)從判斷：

低溫超導現象從1910s被發(fā)現，到八十年代才成熟應用在醫療核磁共振領(lǐng)域；而高溫超導材料在八十年代末被發(fā)現，因為材料制備工藝復雜，直到35年后才進(jìn)入市場(chǎng)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(shù)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(yè)化落地時(shí)間還無(wú)從判斷。當前業(yè)內能夠實(shí)現大規模商業(yè)化落地的超導技術(shù)仍然以低溫超導和高溫超導為主。

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