室温超导“巨震”2周之后，这些信息帮你理清事件来龙去脉

商洛在线
2023-08-07 20:11:20
来源：东方网

东方网记者范易成8月7日报道：7月22日，韩国一科研团队在arXiv 网站发表论文,宣称发现了全球首个室温超导材料LK-99，在全球科学界引发“巨震”。如今两周过去，在这期间，多国团队进行了复现实验，资本市场超导概念股经历了“过山车”行情，对这一发现的质疑之声甚嚣尘上，事件逐渐“出圈”引发全网关注……

那么，室温超导究竟是什么？为何此次的“发现”能引起这么大的热度？现阶段复现实验结果如何？室温超导如果实现会给生活带来哪些影响？在超导领域国内已经有了哪些应用？面对纷杂的信息，也许这些科普你应该先知道！

【资料图】

来自韩国团队的突破性“发现”

事情起源于7月22日，韩国量子能源研究所研究团队在arXiv（论文预印本的网站，与传统学术期刊不同，允许学者在论文进行同行评议之前分享研究成果）上发布了两篇论文，声称在常压条件下，一种改性的铅磷灰石材料能够在400K（127℃）以下表现为超导体。这种材料以两名论文作者名字的首字母命名为LK-99。

韩国团队发布的论文原文

论文中展示了材料样品

全球科学界为何“巨震”，重点在于“室温超导”

要搞懂这一事件，先得知道什么是超导，以及室温超导的意义。

超导，指导体在某一温度下，电阻为零的状态。人们把处于超导状态的导体称之为“超导体”。导体没有了电阻，电流流经超导体时就不发生热损耗，电流可以毫无阻力地在导线中形成强大的电流，从而产生超强磁场。所以，超导体有两个基本的特性：零电阻及完全抗磁性。

超导体其实早已存在

1991年，荷兰物理学家昂内斯（Kamerlingh Onnes）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。汞成为了科学家发现的第一个超导体，其超导Tc（critical temperature临界温度）为4.2K（-268.8℃）。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。

超导材料被发现之初，大家都认为其只有零电阻这一个特性。直到1933年，瓦尔特·迈斯纳发现，在固定的外磁场下，把超导体材料由正常态变为超导态时，所有的外磁通都被自动地排出体外，这个现象也被称为迈斯纳效应，既完全抗磁性。

韩国团队公布的视频，展示材料的抗磁性

电阻是零，磁感应也是零，拥有这两个特性的超导体目前已经被应用在能源、交通、医疗等领域，如人们所熟知的磁悬浮列车、磁共振成像设备(MRI)等。

弄清了超导之后，那室温超导又有何重大意义？

针对这一问题，东方网记者采访了上海交通大学电气工程系高温超导应用团队的盛杰副教授。

盛杰告诉记者，现有的超导材料需要在严苛的环境下才能表现出超导特性，比如极低温或者超高压力的环境。而要维持这样的环境，成本非常高，这也成为实际应用中的难点。“超导现象发现距今已经过去了110多年，科学家发现的具有超导特性的材料种类很多，但可以工业应用的屈指可数。”

据盛杰介绍，进入21世纪后发现的可工业应用的超导材料主要包括MgB2和铁基超导这两类。而最近几年材料领域的重要发现主要集中于超高压作用下的超导特性。如2015年，德国马普所的Drozdov等人发现，在超高压条件(155 GPa)下硫化氢(H2S)可以在零下70℃温度下实现超导。

此外，今年3月美国罗切斯特大学的Ranga Dias团队在顶级学术期刊《自然》（Nature）发表论文，提出由氢、氮、镥三种元素组成超导体，在大约10kbar（也就是1GPa，约1万个大气压）下可实现约294K（21℃）的室温超导电性。但目前复现实验均宣告失败,科学界怀疑其造假，该研究成果尚处于争议中。

“室温超导如果真的实现，也就意味着后续的超导应用可以摆脱环境温度和压力的限制，可以作为现有电工材料的完美替代品更为方便的应用到工业场合中，所有与电相关的产业都将迎来巨大的变革。” 盛杰说。

如果室温超导实现了，会给普通人的生活带来哪些影响？

盛杰向记者介绍了几个应用场景，仿佛是科幻片成为了现实。

在能源领域，如果室温超导大规模生产应用，超导电缆可以替代常规电缆实现无损输电，各种电气设备都将突破现有的功率、效率设计瓶颈，而且都会变的更加紧凑和轻便；另外，一旦室温超导促成了可控核聚变，能源问题就可能得到彻底解决。“人人拥有像钢铁侠、哆啦A梦一样的聚变动力电池将不再是梦想。”

运用了超导技术的日本新型磁悬浮列车

在交通领域，陆地上超导磁悬浮列车将大行其道，配合真空管道技术，人们会不断突破陆地交通的速度上限；随着超导电机以及相关技术的突破，超导飞机也将成为现实，这可以显著的减少碳排放；“太空列车”( Startram)计划也可能得以实施，助力普通人实现太空旅游梦想。

在医疗领域，核磁共振仪器的价格会变得更加低廉，普及度更高，诊断能力、精度都会得到巨大的提升，帮助人们更早发现疾病；重离子医疗的价格也将变得普通人可以接受，整个世界的医疗水平将提到提升。

“可以想象的空间太大了，大家可以自由发挥，开开‘脑洞’。”

世界各国团队进行复现实验，制备过程“简单粗暴”被调侃为“炼金术”

韩国团队论文发表后，世界各国团队开展复现实验，现在的情况如何？

此次韩国团队发布了完整的制备过程，和此前各类超导材料相比，显得过于简单和“粗糙”，被网友调侃为“炼金术”，但这也让复现实验更便于实施。

7月31日，北京航空航天大学的研究人员在arXiv上提交了相关论文，他们得到的样品X射线衍射图谱和韩国团队一致，但他们的研究同时表明，在改性铅磷灰石中存在室温超导体的说法可能需要更仔细的再研究，特别是在电传输特性方面。

8月2日，华中科技大学团队成员在B站发布视频，宣布成功首次验证合成了可以磁悬浮的LK-99晶体。视频中，无论是磁铁的N级还是S级，该材料都对此呈现出斥性。但团队成员称，由于材料太小，还没进行电阻测量。截至目前，该视频播放量已超过1000万。

华中科技大学团队成员在B站发布的视频截图

8月3日，东南大学团队宣布测到LK-99样品零电阻的实验结果，但并非在室温下，而是在110K（-163.15℃，-273.15℃=0K）时，且没有抗磁性。是否有室温超导，还有待进一步的探索和测量。

值得一提的是，针对LK-99上海大学团队也进行了复现工作。

上海大学理学院物理系教授，上海市高温超导重点实验室主任蔡传兵向东方网记者介绍了本次复现实验。

蔡传兵认为，这个材料是个新的体系，值得进行凝聚态物理方面的深入探讨，但可能需要进行持续的深入研究才会有结果。

“目前初步合成制备出一些样品，但没有发现超导现象。样品还很粗糙，纯度也不够，正在进行不同工艺条件的样品制备，同时从不同温度和磁场等进行特性表征。具体结果会通过学术论文进行公布，需要更多时间和可靠的实验结果。”

截至目前，所有的公开复现实验，制备的LK-99材料，有部分检测到抗磁性，但没有检测到室温常压下电阻为0的现象。

据韩联社报道，8月2日，韩国超导学会宣布成立“LK-99验证委员会”，检验该成果的真实性。8月3日，委员会根据两篇论文中提供的数据和已发布的视频，宣布LK-99不能被称为室温超导体。

超导就在我们身边，上海打造超导电缆示范工程

在超导领域，上海一直走在全国，乃至世界的前列。在本次爆火的新闻的背后，也许这些故事也许更应该“出圈”。

蔡传兵任职的上海市高温超导重点实验室成立于2014年，研究方向包括基础物理研究，非常规新型超导体，新奇的量子效应、超导体的电子结构和磁热相图研究等。

“目前，我们在新型镍基超导体、二维界面超导体和超导磁通动力学方面都有很好的研究成果，发表在国际顶级期刊上。” 蔡传兵向记者介绍，“此外，我们攻克了高温超导带材制备关键技术并在国内率先进行了科技成果转化。实验室与上海电缆研究所和上海国际超导科技有限公司合作，为国家电网在徐汇区的1.2公里超导电缆工程提供了核心关键材料——高温超导带材。”

2021年12月22日，国家电网公司在上海兴建的世界首条35千伏公里级超导电缆示范工程正式投运。该示范工程位于上海市中心，连接徐汇商业核心区两座220千伏变电站，总长1.2公里，额定电流2200安培，电能辐射整个辖区内的4.6万户用户。

上海超导电缆示范工程

超导输电，电能传输损耗趋近于零，从而实现低电压等级的大容量输电。不仅如此，一条超导电缆，相当于4到6条相同电压等级传统电缆的输电容量，还能节省大量地下管廊空间。

蔡传兵告诉记者，该项目中使用的第二代超导带材，从设计到生产制造实现了国产化，拥有完全自主的知识产权。目前该项目已经平稳供电500多天，多项指标达到世界领先水平。

如何看待事件“出圈”引发全网关注

对于本次LK-99事件引发的巨大关注，盛杰表示：“还蛮出乎意料的。”

他认为，超导本身是一个小众学科，有一定的认知壁垒，普通人面对纷杂的真假消息，往往难以判断。一些“阴谋论”以及“反转”的剧情确实能让人体验到“吃瓜”的快感，但是科学总要回归理性，面对这些信息还是要保持客观谨慎。

另一方面，令他感到欣慰的是，很多人表现出对颠覆性技术的兴趣以及极高的敏感性。“最近咨询我超导领域科普读物的朋友有很多，这表明，随着高等教育的普及，民众的基础认知水平已经有很高水准了。”

此外，本次以华科和东南为代表的科研团队通过新媒体的方式向大众展示了科研过程，相关视频在B站等平台播放破千万，引起广泛关注的同时也让大众有了更多的参与和互动感。盛杰认为，这样的方式对青少年科研启蒙也是非常有益的。

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