科学家：室温超导梦想不能放弃，但“这次很大概率不是这么回事”-- 迪族网

科学家：室温超导梦想不能放弃，但“这次很大概率不是这么回事”

来源：DeepTech 　2023-07-31 05:49:26

自1911 年荷兰物理学家海克·卡末林·昂内斯（Heike Kamerlingh Onnes）发现汞的电阻会突然消失以来，超导现象一直是科研热点之一。

(资料图)

通常来说，电子很难无损地穿过晶体固体，因为它们在晶格中振动的原子上会发生反弹。根据 BCS 理论可知，在某些材料中电子和声子耦合形成库珀对。当温度降到足够低时，这些电子就可以在材料中畅通无阻地通过，从而产生超导现象。

昂内斯使用液氦（沸点为，-269 摄氏度左右）来冷却水银，这样的低温会极大限制超导材料的工程应用。人们试图找到转变温度更高的超导材料。

1986年 IBM 苏黎世实验室的研究人员 G. Bednorz 和 üller 在实验上发现了转变温度为 35K 的镧钡铜氧超导体。随后，美国休斯顿大学的朱经武、吴茂昆以及我国赵忠贤等人迅速的将铜氧化物超导体转变温度提高到了液氮温区 77K 以上。

人们还发现通过提高压强可以提高某些超导体的临界温度。2019 年，美国阿贡国家实验室马杜里·索马亚祖鲁（Maddury Somayazulu）报道称，当实验环境设置为 190 万个大气压强和零下 13 摄氏度的环境下，十氢化镧（LaH10）可以实现超导。

虽然超导温度得以提高，但是高压条件的存在，也极大限制了超导材料的应用。因此，如能制备出超导材料在室温常压环境下使用，将成为凝聚态物理学史上最伟大的发现之一。

2023 年 7 月 22 日，韩国量子能源研究中心的两位研究员 Sukbae Lee 和 Ji-Hoon Kim、以及韩国高丽大学教授 Young-Wan Kwon 宣称他们发现了一种新型超导体，并将两篇论文发在 arXiv 上。

相关论文的题目分别为《首个室温常压超导体》（The First Room-Temperature Ambient-Pressure Superconductor）和《室温常压环境下超导体 Pb10-xCux(PO4)6O 展示悬浮特性及其机制》（Superconductor Pb10-xCux(PO4)6O showing levitation at room temperature and atmospheric pressure and mechanism）。

图 | 相关论文（来源：arXiv）

上述预印本论文显示，韩国团队此次制备了一种改性的掺杂铜铅磷灰石 LK-99，他们使用 CuCu2+ 取代了 Pb22+，诱发了微小的晶体结构畸变，从而让体积收缩 %，借此在铅离子和磷酸盐界面上构造出超导量子阱，并让 LK-99 具备了超导性。

（来源：arXiv）

其还表示，LK-99 在 127 摄氏度和常压环境仍然具有超导性，这一温度已经远远超过室温条件。

（来源：ScienceCast）

按照他们的描述，这一实验结果所证明的超导现象，已经远远优于美国罗切斯特大学教授兰加·迪亚斯（Ranga Dias）团队于 2023 年 3 月所展示的成果。当时，迪亚斯表示他们的实验需要 1GPa 压强和 21 摄氏度，相关论文发表于 Nature 。针对迪亚斯的这一成果，南京大学教授闻海虎团队通过重复迪亚斯论文的实验方法，证明借镥-氢-氮材料在压力和零下 263 摄氏度环境时并不存在超导性，从而推翻迪亚斯的研究成果。后来，闻海虎课题组将实验过程整理成论文，于 2023 年 5 月发表在 Nature 上。

迪亚斯从事高压超导研究已有多年，早在 2020 年 10 月就曾在 Nature 发表相关论文。但是，那篇论文也遭到了业界同行的质疑。2022 年 9 月， Nature 撤掉了迪亚斯发表于 2020 年 10 月的这篇论文。

而此次韩国团队的论文，之所以得到全球范围内的关注，也是受到近年来室温超导成果接连“反转”的影响。

针对韩国团队的此次成果，闻海虎教授也向媒体公开了他的几点质疑。其表示要想判断材料是否具有超导性，应该测量该材料在相应实验条件下的零电阻特性和完全抗磁性（迈斯纳效应）。尽管韩国团队分别从电阻测量、磁化测量和磁悬浮的测量三个方面来表明 LK-99 材料的具有超导特性。但是，实验方法本身就存在问题。

闻海虎指出，韩国团队使用四根尖锐的针尖做电极来进行电阻测量，有时候会有一定的问题。从测试数据来看没有发现在低温下有稳定的低噪音零电阻态。

韩国团队使用超导量子干涉器件来进行磁化测量，当测量信号较小时，经常容易给出假象。在缺乏相关经验时，会把一个弱铁磁金属测量成了超导抗磁性。

此外，尽管韩国团队在视频中展示了磁悬浮现象，但这种磁悬浮与超导体的磁悬浮有很大区别，是一个需要支撑点不稳定的悬浮状态。因此单从论文来看，很难证明 LK-99 的超导性。

清华大学一名研究员表示：“我认为即使合成了这种材料，大概率结论就是发现它不超导。闻老师对他们结果的质疑我觉得很合理，最后估计也就是这个结论。”据了解，目前闻海虎已经安排自己实验室的一名成员复现实验。

美国阿贡国家实验室迈克尔·诺曼（Michael Norman）也对论文表示怀疑。他告诉媒体这篇论文就像“业余爱好者”的作品，在展示数据时的做法也很可疑。

诺曼表示，未掺杂的材料铅磷灰石（PbA12）不是金属而是一种非导电矿物，这对于制造超导体来说是一个不切实际的起点。铅和铜原子具有相似的电子结构，因此用铜原子代替部分铅原子不应该对材料的电性能产生较大影响。

此外，铅原子非常重，这会给抑制振动、以及让电子成对变得更加困难。诺曼表示他所在的阿贡国家实验室和其他课题组的研究人员正在努力复制这个实验。预计该实验的复现不会太难，因为铅磷灰石是一种“众所周知”的材料，但是最终给出的结论并不会像公众所理解的那样简单。

著名超导与量子材料专家、澳大利亚 Wollongong 大学超导与电子材料所所长、澳大利亚国家未来低能电子技术中心分部主任王晓临表示：“从提供的数据来看，有些很像超导的特征。其中，抗磁性是非常重要的。从视频来看，是典型的抗磁性。但是，很多非超导材料，也有很强的抗磁性，类似的视频也很多。而从提供的数据看，应该是第二类超导体，也就是磁场以量子态可以进入材料。”

中国科学技术大学教授应剑俊表示，论文中的实验证据还非常“粗糙”，这也是广受质疑的原因，不过韩国团队给了详细的合成步骤。应剑俊继续表示：“应该很快会有人重复实验，这需要看别人的重复结果，现在还不好下结论。”

美国阿贡国家实验室 Postdoc fellow 周秀全说：“目前没有在 arXiv 上看到复制出韩国课题组成果的论文。但是因为他们的合成方法比较简单，应该很快最多 1-2 个礼拜有类似工作出现。许多欧美课题组也都在进行这个工作的合成。虽然多数人都持怀疑态度，但是独立验证是必不可少的。”

而人们对于这篇论文的质疑，主要源自论文中所实现超导性的温度太高，以至于很难用现有理论进行解释。“质疑者往往会根据已有科学知识来进行审视，但是更多的质疑也会促进对于知识的理解和新理论的提出，”王晓临表示，“无论怎样，室温超导梦想不能放弃”。

南京大学教授尹华磊也表示：“如果这一发现属实，带给我们的改变是方方面面的，从此进入超导时代，涉及电相关的全部都会改变。”尹华磊举例称：“当前高压输电线路在长距离传输时，电阻的存在会损失很大一部分能量。而室温超导材料的零电阻特性使得电能传输效率大幅提高，减少了能源的浪费。这意味着我们可以更有效地利用电力资源，降低能源成本，并减少对环境的影响。”

作为超导领域的业界人士，上海超导总裁、上海市高温超导材料与应用技术重点实验室主任朱佳敏表示：“工业界目前实用化的超导材料只有低温超导和高温超导。超导材料要利用其零电阻特性走向实用，就必须要变成长的、柔性的像‘电线’一样的线材或带材。大部分超导长线采用粉末套管法制备，即将制备材料所需的粉末包裹在金属套管里，拉拔制备成导线，然后再通过轧制或热处理获得较好的超导性能。REBCO 高温超导材料由于晶界的弱连接问题，采用在柔性基底双轴织构上的薄膜外延生长方式制备而成。如果室温超导材料被发现，我们就能利用现有的成熟工艺技术，迅速地把这个材料进行规模化和产业化。”

由于此次新闻过于轰动，以至于网友开始讨论室温超导和人工智能到底谁才是新一次工业革命的主力。对此，上述清华大学研究员表示，室温超导“是凝聚态物理学的圣杯”，“如果室温超导真的实现，影响力远远超过人工智能”。

他说道：“如果室温超导真的实现，也就能实现室温常规环境的磁悬浮和无电阻导电，那我觉得室温超导的影响力远远超过人工智能。”

其还打了个比方：人工智能可以类比为汽车，汽车能帮我们走的更快更轻松，但是不可能完全取代人的腿脚。人工智能可以一定程度扩展大脑能力的外延。“但是，我感觉人工智能和室温超导没法比，毫不夸张地说室温超导可以改变生活的各个方面，小到电子设备的性能、大到电力传输和磁悬浮等，甚至能催生很多新的技术。”他继续表示。

假如可以实现室温超导，还有可能更新超导理论甚至固体理论，这将从根本上影响物理学的发展。“当然，我们是假设韩国学者的结果是对的，但是很大概率不是这么回事。”清华大学研究员补充称。

参考资料：

:// arxiv .org/abs/

://www. science .org/content/article/spectacular-superconductor-claim-making-news-here-s-why-experts-are-doubtful

:///s/PLAkv3jYlFb5rpTjEr-lzw

:///s/i1nR8iM2MKini0CWMfWnJQ

:///s?id=1772624609297542861&wfr=spider&for=pc

:///casts/suc384jly50n

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