什么是室溫超導(dǎo)？室溫超導(dǎo)被發(fā)現(xiàn)會(huì)給人類帶來多大的改變？

還記得《阿凡達(dá)》里的潘多拉星球嗎？那里有著富饒的室溫超導(dǎo)礦石——Unobtanium，它足以讓一座座大山懸浮在空中。人類不惜一切代價(jià)也要掠奪過來。這足以說明，室溫超導(dǎo)材料堪稱無價(jià)之寶。

自韓國研究團(tuán)隊(duì)宣布成功合成了世界上第一個(gè)室溫常壓超導(dǎo)體LK-99，“室溫超導(dǎo)”無疑是近期全球最熱門的話題之一。該事件引起全球廣泛關(guān)注的同時(shí)質(zhì)疑聲隨之而來，掀起一股驗(yàn)證“復(fù)現(xiàn)潮”。為何該項(xiàng)研究會(huì)令全球?yàn)橹序v？

超導(dǎo)現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)被認(rèn)為是20世紀(jì)最偉大的發(fā)明之一。如今距離1911年荷蘭科學(xué)家發(fā)現(xiàn)第一個(gè)超導(dǎo)體（金屬汞Hg）已經(jīng)過去了112年，自發(fā)現(xiàn)超導(dǎo)體以來，100多年的時(shí)間里，科學(xué)家們一直在尋找室溫超導(dǎo)體。

什么是室溫超導(dǎo)？

室溫超導(dǎo)，指的是在地球室溫環(huán)境下（通常默認(rèn)是300 K，也即27℃）就能夠?qū)崿F(xiàn)零電阻和完全抗磁性的超導(dǎo)材料。也就是說，室溫超導(dǎo)材料對應(yīng)的超導(dǎo)臨界溫度必須在300 K以上。

尋找室溫超導(dǎo)材料，有三條路可以嘗試：（1）合成新的材料；（2）改進(jìn)現(xiàn)有材料；（3）特殊條件調(diào)控材料[1]。顯然第二條路相對而言更容易實(shí)現(xiàn)，即對高溫超導(dǎo)材料進(jìn)行化學(xué)摻雜等改造，以期獲得更高臨界溫度的超導(dǎo)體。而合成新材料是最難的。

開啟人類新紀(jì)元

你知道，室溫超導(dǎo)如果真的被發(fā)現(xiàn)，會(huì)給人類帶來多大的改變？

有人分析認(rèn)為，如果室溫常壓超導(dǎo)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，開啟人類新紀(jì)元。毫不夸張地說，能與之相提并論可能是人類學(xué)會(huì)用火、人類發(fā)明了蒸汽機(jī)和人類發(fā)明了電。

“室溫超導(dǎo)”帶來的無損世界猶如科幻電影。

電力輸送將不再出現(xiàn)損耗，不再需要變電站，輕松實(shí)現(xiàn)超長距離無損耗輸電，產(chǎn)能和利用效率將會(huì)大大提升，全球的電力系統(tǒng)或?qū)⒅亟āＤ茉锤窬謱⒏淖?，依靠石油和天然氣的國家將失去核心競爭力?/p>

交通方式徹底改變。磁懸浮列車普及，高鐵成為過去式，交通效率得到飛躍式提升；燃油汽車被電動(dòng)汽車取代，高效的能源存儲(chǔ)讓電動(dòng)汽車充電五分鐘就能跑幾千公里。

所有電子產(chǎn)品不再出現(xiàn)發(fā)熱現(xiàn)象、無需考慮散熱問題，電阻損耗問題得到解決，電池體積能變得更小。手機(jī)充電一次就能待機(jī)兩年甚至到報(bào)廢。手機(jī)也能擁有小型超算能力，算力的瓶頸將被突破，人工智能和數(shù)字技術(shù)將迎來爆發(fā)式發(fā)展。

超導(dǎo)體實(shí)現(xiàn)常溫應(yīng)用，如超導(dǎo)發(fā)電、超導(dǎo)電器、量子計(jì)算機(jī)、磁懸浮交通......將使整個(gè)人類社會(huì)產(chǎn)生重大改變，現(xiàn)有的科技可能面臨顛覆。

再掀驗(yàn)證“復(fù)現(xiàn)潮”

在韓國團(tuán)隊(duì)宣布發(fā)現(xiàn)室溫超導(dǎo)LK-99的3個(gè)多月前，就有一位羅切斯特大學(xué)的Ranga Dias教授宣稱自己實(shí)現(xiàn)了室溫超導(dǎo)，但兩個(gè)月后，就被南京大學(xué)聞?；⒔淌趫F(tuán)隊(duì)發(fā)表論文給推翻，Dias的文章之后也被撤稿。

如今韓國研究團(tuán)隊(duì)宣布實(shí)現(xiàn)了室溫常壓超導(dǎo)，面臨各界的質(zhì)疑。Ranga Dias之前在《Nature》上通過評審正式發(fā)表了論文，事前還在美國物理學(xué)會(huì)3月會(huì)議上作出正式的學(xué)術(shù)報(bào)告，而韓國研究團(tuán)隊(duì)只是在學(xué)術(shù)預(yù)印本平臺arXiv上傳了一篇文章。據(jù)媒體報(bào)道的最新消息顯示，韓國研究團(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。

在此之前，宣稱實(shí)現(xiàn)“室溫超導(dǎo)體”的研究有很多：

2016年，Ivan Zahariev Kostadinov聲稱找到了臨界溫度為373 K的超導(dǎo)體，但沒有公布這個(gè)超導(dǎo)體的成分結(jié)構(gòu)[2]；

同年，一隊(duì)科研人員聲稱在巴西某個(gè)石墨礦里找到了室溫超導(dǎo)體，并且做了相關(guān)研究并正式發(fā)表了論文[3]；

2018年，2位印度的科研人員聲稱在金納米陣列里的納米銀粉存在236 K甚至是室溫的超導(dǎo)電性，并且有相關(guān)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)[4]。

......

這些所謂的“室溫超導(dǎo)體”都沒能被重復(fù)實(shí)驗(yàn)來驗(yàn)證，很難經(jīng)得住推敲和考證。

據(jù)悉LK-99是由鉛磷灰石稍加變動(dòng)的六方結(jié)構(gòu)，引入了少量的銅。

目前，專業(yè)人員普遍認(rèn)為LK-99的制備過程似乎相當(dāng)簡單。樣品合成過程具體可概括為三個(gè)步驟：

①將氧化鉛和硫酸鉛粉末以各50%的比例在陶瓷坩堝中均勻混合，然后將混合粉末置于725℃的爐中加熱24小時(shí)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。

②將銅和鉛粉末按比例在坩堝中混合，合成磷化亞銅；讓混合后的粉末處于相應(yīng)的真空封管狀態(tài)下，然后置于爐內(nèi)550℃加熱48小時(shí)。在此過程中，混合材料發(fā)生相變，形成磷化亞銅晶體。

③將上述兩步所得物質(zhì)磨成粉末，并在坩堝中混合，再將混合粉末真空封管，置于925℃的爐中加熱5~20小時(shí)。

摘自韓國科學(xué)家論文

混合粉末反應(yīng)轉(zhuǎn)化為最終材料，即一種灰黑色的銅摻雜的鉛-磷灰石，這種多晶材料也就是其團(tuán)隊(duì)命名的LK-99。

鑒于上述新材料制備簡單，目前已有其他研究團(tuán)隊(duì)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)復(fù)現(xiàn)：

北航的研究人員稱實(shí)驗(yàn)結(jié)果得到的LK-99樣品X射線衍射圖譜和韓國團(tuán)隊(duì)一致，但未發(fā)現(xiàn)超導(dǎo)性；

美國勞倫斯伯克利國家實(shí)驗(yàn)室（LBNL）研究員使用了密度泛函理論（DFT）和GGA+U方法進(jìn)行了計(jì)算，計(jì)算結(jié)果顯示，LK-99可能存在超導(dǎo)性能；

華中科技大學(xué)研究人員初步復(fù)現(xiàn)韓國室溫超導(dǎo)材料，已證明抗磁性，還未證明超導(dǎo)性。

......

總結(jié)LK-99首批重復(fù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果：理論可行但未復(fù)現(xiàn)懸浮或超導(dǎo)。

其他研究組的實(shí)驗(yàn)已經(jīng)在路上，很快重復(fù)實(shí)驗(yàn)就將揭曉謎底。若LK-99被復(fù)現(xiàn)成功，這將是超導(dǎo)領(lǐng)域革命性的進(jìn)步。

不過即使LK-99室溫下超導(dǎo)性真的被驗(yàn)證存在，室溫超導(dǎo)材料從攻克成功到規(guī)?；瘧?yīng)用還需要很長一段時(shí)間。

審核編輯：湯梓紅