全球都在求證：室溫超導(dǎo)，真的實(shí)現(xiàn)了？

作者：諾亞 2023-08-02 18:37:00

室溫超導(dǎo)意味著超長(zhǎng)距離無(wú)損耗輸電得以實(shí)現(xiàn)，試想一下，屆時(shí)能源利用效率極大增長(zhǎng)，無(wú)需再開采化石能源，全球電力網(wǎng)絡(luò)、算力網(wǎng)絡(luò)將迎來(lái)怎樣的基建狂潮，此外，超導(dǎo)磁體、超導(dǎo)電纜、超導(dǎo)磁懸浮列車等領(lǐng)域又將呈現(xiàn)怎樣全新的面貌。

撰稿丨諾亞

今年以來(lái)，室溫超導(dǎo)——一個(gè)對(duì)大眾來(lái)說(shuō)頗為陌生的概念，卻頻頻出現(xiàn)在大眾視野。盡管相關(guān)技術(shù)常常引發(fā)質(zhì)疑，但每一次披露都能引來(lái)大量關(guān)注。

近日，韓國(guó)一研究團(tuán)隊(duì)在論文預(yù)印本網(wǎng)站arXiv上傳了其最新研究成果，聲稱已合成了首個(gè)室溫常壓下可以使用的超導(dǎo)材料，他們將之命名為“LK-99”。該材料在常壓下的超導(dǎo)轉(zhuǎn)變臨界溫度為127℃，意味著可以在常壓室溫環(huán)境下表現(xiàn)出超導(dǎo)性。

尷尬的是，今天有媒體報(bào)道稱，該研究團(tuán)隊(duì)的成員表示，論文存在缺陷，系團(tuán)隊(duì)中的一名成員擅自發(fā)布，目前團(tuán)隊(duì)已要求下架論文。

就在韓國(guó)團(tuán)隊(duì)的研究成果真?zhèn)文鏁r(shí)，沒想到，美國(guó)有家研究公司曝出“大招”，不僅也宣稱發(fā)現(xiàn)了室溫超導(dǎo)體，還稱已經(jīng)獲得了相關(guān)專利。消息傳出后，美國(guó)超導(dǎo)美股盤前延續(xù)漲勢(shì)，漲幅一度擴(kuò)大至130%。

到底是烏龍、炒作還是真正可能引發(fā)第四次工業(yè)革命的跨時(shí)代突破？我們可以仔細(xì)審視一下。

1、一波三折：一周“復(fù)現(xiàn)潮”過(guò)去，到底有沒有超導(dǎo)性？

這波“室溫超導(dǎo)”的熱潮起于韓國(guó)。簡(jiǎn)單回顧一下事件發(fā)展軌跡。

7月22日上午，韓國(guó)量子能源研究中心公司相關(guān)研究團(tuán)隊(duì)在arXiv上陸續(xù)公布兩篇論文，宣告了LK-99的誕生并公開了其制作技術(shù)。隨后各國(guó)實(shí)驗(yàn)室試圖合成復(fù)現(xiàn)LK-99，以驗(yàn)證其發(fā)現(xiàn)。

7月31日，北航研究人員在arXiv上提交論文，稱實(shí)驗(yàn)結(jié)果未發(fā)現(xiàn)LK-99的超導(dǎo)性。他們得到的LK-99樣品，其X射線衍射圖譜和韓國(guó)團(tuán)隊(duì)一致，但無(wú)法檢測(cè)到巨大抗磁性，也未觀察到磁懸浮現(xiàn)象。

7月31日，俄羅斯科學(xué)家Iris Alexandra，宣布成功制備出了具備常溫抗磁性的LK-99晶體，其結(jié)果在twitter上發(fā)布。而且這個(gè)LK-99晶體的抗磁性，比目前常用的抗磁物質(zhì)熱解石墨強(qiáng)很多。

幾乎同時(shí)，美國(guó)勞倫斯伯克利國(guó)家實(shí)驗(yàn)室（LBNL）研究員西尼德·格里芬也在arXiv上提交相關(guān)論文。格里芬認(rèn)為，計(jì)算結(jié)果顯示，LK-99可能存在超導(dǎo)性能，具備高溫超導(dǎo)體費(fèi)米能級(jí)平坦帶特征。

8月1日，來(lái)自華中科技大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)以B站UP主“關(guān)山口男子技師”的身份發(fā)布視頻：成功首次驗(yàn)證合成了可以磁懸浮的LK-99晶體。視頻中，展示樣品在磁場(chǎng)中出現(xiàn)自發(fā)抬升現(xiàn)象，該晶體懸浮的角度比韓國(guó)科學(xué)家Sukbae Lee獲得的樣品磁懸浮角度更大，有望實(shí)現(xiàn)真正意義的無(wú)接觸超導(dǎo)磁懸浮。

截圖@B站

綜合來(lái)看，根據(jù)首批實(shí)驗(yàn)復(fù)現(xiàn)結(jié)果，LK-99的發(fā)現(xiàn)在理論上似乎有一定依據(jù)，但其真實(shí)性依然存疑。

因?yàn)槌瑢?dǎo)材料需要具備三個(gè)特性：零電阻、完全抗磁性、量子隧穿效應(yīng)。真正的超導(dǎo)指的是導(dǎo)體在某一條件下，電阻為零的狀態(tài)。雖然在部分實(shí)驗(yàn)中，其抗磁性已經(jīng)得到了驗(yàn)證，但在多位業(yè)內(nèi)專家看來(lái)，定義LK-99是否為室溫超導(dǎo)，關(guān)鍵的還是看后續(xù)實(shí)驗(yàn)是否具有零電阻特性，“這將是唯一的里程碑。”

當(dāng)真相依然云遮霧繞之時(shí)，大洋彼岸出現(xiàn)了新的轉(zhuǎn)折。

就在昨天，位于美國(guó)佛羅里達(dá)州的Taj Quantum公司公布照片稱，新發(fā)現(xiàn)一種室溫超導(dǎo)材料。這是一種易碎的石墨烯泡沫材料。公司已經(jīng)獲得了“室溫II型超導(dǎo)體專利”，這可能意味著該材料將進(jìn)入生產(chǎn)階段。不過(guò)該材料還沒有經(jīng)過(guò)同行評(píng)審或第三方實(shí)驗(yàn)室評(píng)估，也沒有提供性能數(shù)據(jù)，該公司表示正在努力解決這些問(wèn)題。

截圖@推特

但恰恰是這個(gè)有待確認(rèn)的消息一經(jīng)放出，就引發(fā)了股市的即時(shí)狂歡。8月1日，美國(guó)超導(dǎo)收漲60%，盤前一度大漲超140%。近5個(gè)交易日，該股累計(jì)上漲約130%，目前股價(jià)已接近近三年高位。

截圖@脈脈

眾所周知，“超導(dǎo)體”能夠在特定溫度下保證電阻為零，被廣泛應(yīng)用于儲(chǔ)能、磁懸浮列車、電力輸送、核磁共振等領(lǐng)域。

室溫超導(dǎo)之所以能引動(dòng)如此大的震蕩，究其根本，便是室溫超導(dǎo)一旦實(shí)現(xiàn)，將深刻變革目前的能源體系、信息處理與傳輸體系，并在能源、交通、計(jì)算、醫(yī)療檢測(cè)乃至可控核聚變等諸多領(lǐng)域帶來(lái)進(jìn)步。

2、室溫超導(dǎo)到底牛在哪兒

所謂室溫超導(dǎo)，指在室溫條件下實(shí)現(xiàn)的超導(dǎo)現(xiàn)象，當(dāng)溫度降低到一定程度時(shí)，一些物質(zhì)會(huì)進(jìn)入超導(dǎo)態(tài)，此時(shí)電阻消失，電子在其中無(wú)阻礙地運(yùn)動(dòng)，這個(gè)溫度稱為超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度。

沒有電阻就不會(huì)產(chǎn)生焦耳熱，因此可以應(yīng)用于大規(guī)模集成電路，建設(shè)超導(dǎo)計(jì)算機(jī)；能夠承載較大電流而不會(huì)有電流損耗，可制作高壓輸電線、超導(dǎo)電機(jī)等。

研究人員發(fā)現(xiàn)第一種“高溫”超導(dǎo)體的時(shí)間可以追溯至1987年。

彼時(shí)，科學(xué)家們驚喜地發(fā)現(xiàn)這些材料只需要冷卻到77K（-196.15℃）就可以實(shí)現(xiàn)零電阻。而要達(dá)到這樣的溫度，用液氮就可以輕松地實(shí)現(xiàn)。但隨著進(jìn)展減緩，“高溫”超導(dǎo)體的實(shí)際應(yīng)用依舊受限。

時(shí)至今日，超導(dǎo)材料的應(yīng)用還是局限于低溫和高壓環(huán)境，目前大多數(shù)超導(dǎo)材料的轉(zhuǎn)變溫度都在40K（-233℃）以下，這增加了相關(guān)的能源和工程要求，限制了其應(yīng)用范圍。

過(guò)去幾年，時(shí)不時(shí)有其他研究人員聲稱找到了常溫/常壓超導(dǎo)體，但結(jié)果都未能實(shí)現(xiàn)。

韓國(guó)研究團(tuán)隊(duì)的論文之所以能引燃如此大范圍的振奮與質(zhì)疑，一是因?yàn)長(zhǎng)K-99體系的性能（臨界溫度、壓力）大幅超越以往超導(dǎo)材料體系，二是他們公開的“LK-99”的合成方法很簡(jiǎn)單，其他研究團(tuán)隊(duì)可以獨(dú)立復(fù)現(xiàn)他們的實(shí)驗(yàn)來(lái)測(cè)試發(fā)現(xiàn)，結(jié)果更容易得到驗(yàn)證。

退一步猜想，如果這項(xiàng)發(fā)現(xiàn)真的被證實(shí)為真，那么“LK-99”將具有諸多顛覆式的應(yīng)用，真正實(shí)現(xiàn)諸多行業(yè)領(lǐng)域的革命性變化。

3、或引燃第四次工業(yè)革命，iPhone也能變量子計(jì)算機(jī)

浙商證券研報(bào)分析，室溫常壓超導(dǎo)材料取得突破后，可能實(shí)現(xiàn)的應(yīng)用包括：

更高效的能源傳輸、轉(zhuǎn)換與存儲(chǔ)：超導(dǎo)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(wěn)定性和可靠性極大提升。

更高速的交通方式：超導(dǎo)材料帶來(lái)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。

更快的信息處理速度：超導(dǎo)材料在低溫環(huán)境下具有高度的量子特性，可用于構(gòu)建量子計(jì)算機(jī)，運(yùn)算速度遠(yuǎn)超現(xiàn)有計(jì)算機(jī)。

更先進(jìn)的治療手段：超導(dǎo)材料在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用，例如MRI、超導(dǎo)線圈等。常溫常壓下超導(dǎo)材料的出現(xiàn)，將為醫(yī)療設(shè)備的小型化和便攜化提供可能，推動(dòng)醫(yī)療技術(shù)的發(fā)展進(jìn)步。

有“地表最強(qiáng)蘋果分析師”稱號(hào)的天風(fēng)國(guó)際分析師郭明錤也在推特上發(fā)文，表示常溫常壓超導(dǎo)體的商業(yè)化目前還沒有具體時(shí)間，但未來(lái)如果能順利商業(yè)化，將對(duì)計(jì)算機(jī)與消費(fèi)電子領(lǐng)域的產(chǎn)品設(shè)計(jì)產(chǎn)生顛覆性影響。

郭明錤表示，計(jì)算機(jī)與消費(fèi)電子的技術(shù)與材料創(chuàng)新，都是為了要實(shí)現(xiàn)高速運(yùn)算、高頻高速傳輸、小型化等要求，超導(dǎo)狀況(電阻消失)特性將會(huì)顛覆既有的產(chǎn)品設(shè)計(jì)以及材料與技術(shù)的采用。如：不再需要散熱系統(tǒng)、光纖/高階CCL被取代、先進(jìn)制程門檻降低等。屆時(shí)，即便是小如iPhone的移動(dòng)設(shè)備，都能擁有與量子計(jì)算機(jī)匹敵的運(yùn)算能力。

圖片

截圖@推特

廣大網(wǎng)友也腦洞大開，暢想了室溫超導(dǎo)的視線對(duì)于普通人的影響。首先是曾被視為“四大天坑”之一的材料學(xué)將瞬間起飛，其次，電子類和能源類專業(yè)也會(huì)因此受益。還有在如今陷入停滯期的XR領(lǐng)域，室溫超導(dǎo)材料也將發(fā)揮巨大作用。

“XR硬件由于要保證非常輕薄的體積，頭戴舒適度，所以電池容量以及PCB主板都要求非常苛刻。而室溫超導(dǎo)的應(yīng)用將明顯改善硬件設(shè)計(jì)電池容量小，帶來(lái)的續(xù)航短功耗高等問(wèn)題，且能選擇更優(yōu)的CPU，以幫助改善一體式XR硬件的性能，提升續(xù)航體驗(yàn)。”

4、寫在最后

有分析人士認(rèn)為“如果有人能夠攻破室溫常壓超導(dǎo)，并最終實(shí)現(xiàn)商用，其巨大的價(jià)值很有可能開啟第四次工業(yè)革命。”

可是科學(xué)發(fā)展依然要遵循規(guī)律，歷史節(jié)點(diǎn)的到來(lái)總是會(huì)伴隨著某種“天啟”。路漫漫其修遠(yuǎn)兮，吾將上下而求索。室溫超導(dǎo)的每一次發(fā)現(xiàn)都會(huì)引發(fā)一輪群體狂熱，但如今還是讓子彈再飛一會(huì)兒。真正的科技革命還是要實(shí)干家埋頭燒爐子，才能出成績(jī)。況且即使室溫超導(dǎo)材料得到驗(yàn)證，其商業(yè)化落地依舊需要時(shí)間。