<p>我們會見證超導時代的到來嗎？</p>
<p>從 7 月底開始，“室温超導” 風暴席捲全球，韓國團隊在 arXiv 上傳了兩篇論文，宣稱成功合成了世界上第一個室温常壓超導體——改性鉛磷灰石晶體結構（LK-99），震驚了世界。</p>
<p>據悉 LK-99 是由鉛磷灰石稍加變動的六方結構，引入了少量的銅，使其可以在 127 攝氏度以下表現出超導性，化學式寫作：<img src="https://imageproxy.pbkrs.com/https://wpimg-wscn.awtmt.com/77513504-5de7-469e-a374-c947ef2177c1.png?x-oss-process=image/auto-orient,1/interlace,1/resize,w_1440,h_1440/quality,q_95/format,jpg" width="336" height="50" original-src="https://imageproxy.pbkrs.com/https://wpimg-wscn.awtmt.com/77513504-5de7-469e-a374-c947ef2177c1.png"/></p>
<p><img src="https://imageproxy.pbkrs.com/https://wpimg-wscn.awtmt.com/6bb45d90-64af-4856-b6f2-7a73319375ff.gif?x-oss-process=image/auto-orient,1/interlace,1/resize,w_1440,h_1440/quality,q_95/format,jpg" width="640" height="395" original-src="https://imageproxy.pbkrs.com/https://wpimg-wscn.awtmt.com/6bb45d90-64af-4856-b6f2-7a73319375ff.gif"/></p>
<p>常温超導體被視為現代物理學 “聖盃” 之一，韓國研究團隊投下的 “重磅” 再次引爆了物理學界。</p>
<p>有分析指出，韓國團隊的 LK-99“更讓人難以置信”，在於其不僅解決了温度問題，甚至不需要 “高壓助手”。而 127℃的 Tc<span style="color: #b3b3b3">（注：Tc 超導轉變温度，也就是超導體由正常態進入超導態的温度）</span>，<strong>不僅僅是數字上比以往研究進一步大幅提高，更重要的是可應用的温度區間大大拓寬。</strong></p>
<p>簡單來説，這一頗具科幻色彩的技術，能在常温下讓電子飛快通過，沒有電阻，沒有能量消耗，<strong>將顛覆現有電力系統。</strong>而室温超導的實現將深刻變革目前的能源體系、信息處理與傳輸體系，並在醫療檢測、高速交通乃至可控核聚變等諸多領域帶來進步。</p>
<p>目前業內普遍認為，LK-99 的製備過程似乎相當簡單，常温常壓的條件，“手搓材料” 的方式，讓人們在驚愕、質疑之外又燃起了希望 —— 萬一超導真就這麼簡單，難道不是個巨大的突破？</p>
<p>因此，不管是學材料的還是不學材料的都在緊張的圍觀各大實驗室復現過程。LK-99 首批重複實驗結果出爐：<strong>理論可行但未復現懸浮或超導。</strong></p>
<p>7 月 31 日 16:13，北航的研究人員在 arXiv 上提交了論文，稱實驗結果未發現 LK-99 的超導性。他們得到的 LK-99 樣品，其 X 射線衍射圖譜和韓國團隊一致，但無法檢測到巨大抗磁性，也未觀察到磁懸浮現象。從電輸運性質來看，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。</p>
<p>幾乎同時（7 月 31 日 17:58），美國勞倫斯伯克利國家實驗室（LBNL）研究員西尼德·M·格里芬在預印本網站 arXiv 提交了標題為《銅摻雜的鉛磷灰石中相關孤立扁平帶的起源》（Origin of correlated isolated flat bands in copper-substituted lead phosphate apatite）論文。</p>
<p>格里芬表示，他們使用了密度泛函理論（DFT）和 GGA+U 方法進行了計算，<strong>為近期韓國團隊所謂的 “室温常壓超導材料” 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，</strong>具備高温超導體費米能級平坦帶特徵。<img src="https://imageproxy.pbkrs.com/https://wpimg-wscn.awtmt.com/7ff8a32c-7ca0-41d8-95a6-f0b7f865e6a0.png?x-oss-process=image/auto-orient,1/interlace,1/resize,w_1440,h_1440/quality,q_95/format,jpg" width="991" height="939" original-src="https://imageproxy.pbkrs.com/https://wpimg-wscn.awtmt.com/7ff8a32c-7ca0-41d8-95a6-f0b7f865e6a0.png"/></p>
<p>8 月 1 日下午，一位國內網絡博主發表視頻稱，華中科技大學團隊成功合成可以磁懸浮的 LK-99“室温超導晶體”，<strong>現已通過邁斯納效應驗證</strong><span style="color: #b3b3b3">(注：邁斯納效應（Meissner effect）是超導體從一般狀態相變至超導態的過程中對磁場的排斥現象)</span><strong>。</strong></p>
<p>但據他所説，這顆晶體雖然存在抗磁性，但比較弱，也沒有所謂的 “零阻”，整體表現就像是半導體曲線。他認為，LK-99 就算具備超導相，也是微量的超導雜質，無法形成連續的超導通路。</p>
<p><img src="https://imageproxy.pbkrs.com/https://wdl-wscn.awtmt.com/07aeb3e7-f4ca-4207-befb-c987b3dc7011?x-oss-process=image/auto-orient,1/interlace,1/resize,w_1440,h_1440/quality,q_95/format,jpg" width="509" height="366" original-src="https://imageproxy.pbkrs.com/https://wdl-wscn.awtmt.com/07aeb3e7-f4ca-4207-befb-c987b3dc7011"/></p>
<p>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，不僅也宣稱發現了室温超導體，<strong>還稱已經獲得了相關專利。</strong></p>
<p>北京時間 8 月 1 日凌晨，位於美國泰吉量子公司公佈照片稱，新發現一種室温超導材料系一種石墨烯泡沫材料，非常易碎。<strong>公司已經獲得了一項關於室温超導材料的重要專利</strong>，這可能意味着該材料將進入生產階段。</p>
<p><img src="https://imageproxy.pbkrs.com/https://wpimg-wscn.awtmt.com/7ef7ec06-ad1d-4d88-98f9-d92960e175be.png?x-oss-process=image/auto-orient,1/interlace,1/resize,w_1440,h_1440/quality,q_95/format,jpg" width="1024" height="419" original-src="https://imageproxy.pbkrs.com/https://wpimg-wscn.awtmt.com/7ef7ec06-ad1d-4d88-98f9-d92960e175be.png"/></p>
<p>美國泰吉量子公司的首席執行官 Paul Lilly 表示：“很高興地宣佈，我們終於獲得了我們的室温 II 型超導體專利。 ”</p>
<p>消息傳出後，美國超導美股盤前延續漲勢，漲幅一度擴大至 130%。<br/><br/></p>
<p><img src="https://imageproxy.pbkrs.com/https://wpimg-wscn.awtmt.com/032eb9c9-4160-4fb4-91fb-918c21283a11.png?x-oss-process=image/auto-orient,1/interlace,1/resize,w_1440,h_1440/quality,q_95/format,jpg" width="764" height="517" original-src="https://imageproxy.pbkrs.com/https://wpimg-wscn.awtmt.com/032eb9c9-4160-4fb4-91fb-918c21283a11.png"/></p>
<p>接下來幾天，會有更多的復現實驗結果出來。全世界研究者將合力驗證這次人類究竟能不能摘下室温超導聖盃，進入全新的紀元。</p>
<h2><strong>究竟什麼是超導？</strong></h2>
<p>100 多年前，荷蘭物理學家昂內斯（Kamerlingh Onnes）為人類打開了超導這扇大門。1911 年，昂內斯在研究中發現，當温度降到 4.2K 以下時，金屬汞（Hg）的電阻突然降為零，而這並不是任何實驗上的紕漏導致的。</p>
<p><img src="https://imageproxy.pbkrs.com/https://wpimg-wscn.awtmt.com/abb762c0-e9e1-45af-aa9f-0c4e98d0353d.jpeg?x-oss-process=image/auto-orient,1/interlace,1/resize,w_1440,h_1440/quality,q_95/format,jpg" width="450" height="600" original-src="https://imageproxy.pbkrs.com/https://wpimg-wscn.awtmt.com/abb762c0-e9e1-45af-aa9f-0c4e98d0353d.jpeg"/></p>
<p>自此，<strong>汞成為了科學家發現的第一個超導體</strong>，其超導 Tc 為 4.2K。所謂的超導 Tc 即<strong>超導轉變温度</strong>，也就是超導體由正常態進入超導態的温度。</p>
<section>零電阻是超導體的基本特徵之一，此外一個重要的基本特徵則是邁斯納效應。繼昂內斯上述發現 20 餘年後，邁斯納在研究測量中發現，材料處於超導態時，其內部磁場為零，<strong>展現出完全抗磁性</strong>，這也就被稱為邁斯納效應。</section>
<section></section>
<p>超導現象被認為是 20 世紀最偉大的發現之一。</p>
<p>然而，發展至今，<strong>超導體的實際應用基本侷限於磁懸浮等少數特定場景下</strong>，原因在於：它通常需要被冷卻至極低温，且需要施加極高的壓力才能成為超導態。此次韓國研究團隊也提到，自昂內斯發現超導性以來，科學家們一直在尋找室温超導體。</p>
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<p>因此，<strong>現代物理學 “聖盃” 之一，就是找到能在常温常壓下，展現出超導特性的 “室温超導體”。</strong></p>
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<p>浙商證券在研報中指出，目前大多數超導材料的轉變温度都在 40K（-233℃）以下，限制了其在能源、醫療、信息、精密測量等領域的廣泛應用；目前僅發現銅氧化物超導體和鎳氧化物超導體 2 種轉變温度達到液氮温區 77K（-196℃）的非常規超導材料體系。</p>
<p>此次韓國科研團隊公佈的超導材料體系在 “室温常壓”（轉變温度約 400K（127℃））下即展現超導性，如果被複現成功，這將是超導領域革命性的進步。</p>
<h2><strong>“室温常壓超導” 為何讓全球振奮？</strong></h2>
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<p>實際上，室温超導和相關 “研究成果” 並不是首次出現。早在 2018 年，兩位印度科學家宣稱，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 月發佈修正後就不了了之。</p>
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<p>今年 3 月，美國羅切斯特大學的迪亞斯團隊宣稱發現了室温超導，但不久後就被多個實驗團隊發表聲明質疑，該文章也在質疑聲中被撤稿。</p>
<p><img src="https://imageproxy.pbkrs.com/https://wpimg-wscn.awtmt.com/d8ea9884-681f-4f78-8c55-23aaf8649bad.png?x-oss-process=image/auto-orient,1/interlace,1/resize,w_1440,h_1440/quality,q_95/format,jpg" width="844" height="672" original-src="https://imageproxy.pbkrs.com/https://wpimg-wscn.awtmt.com/d8ea9884-681f-4f78-8c55-23aaf8649bad.png"/></p>
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<p>為什麼人類如此渴望室温超導？</p>
<p>先説意義，有分析認為 “如果有人能夠攻破室温常壓超導，並最終實現商用，<strong>其巨大的價值很有可能開啓第四次工業革命</strong>。”</p>
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<p>——能源利用效率極大增長，無需再開採化石能源，環境得到保護，人工智能飛速發展……</p>
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<p>“超導體” 能夠在特定温度下保證電阻為零，具有零電阻、完全抗磁性等特徵，能被廣泛應用於儲能、磁懸浮列車、電力輸送、核磁共振等領域。</p>
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<p>中郵證券指出，室温超導意味着<strong>超長距離無損耗輸電得以實現，這將引起全球電力網絡的新一輪的基建狂潮</strong>，除此之外超導磁體、超導電纜、超導磁懸浮列車等方面均將有所突破。</p>
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<p>以磁懸浮列車為例，日本的低温超導型磁懸浮技術，利用超導材料做成超導線圈，通過在車廂上安裝製冷機，保證超導線圈能夠處於低温超導狀態。</p>
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<p>當有電流傳輸通過導體，導體不發熱，電流幾乎不損耗，而通電產生的磁力能讓列車保持上浮，並向前推進。然而，<strong>超導所需的超低温度，成為相關技術推廣普及的痛點。</strong></p>
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<p>最開始，超導體需要接近絕對零度的低温，<strong>一般要用液氦實現</strong>，每公斤要一兩百元；而後來出現的 “高温超導”（此處特指臨界温度進入液氮温區的超導體）用液氮就可以實現，每公斤 4 元，成本和礦泉水差不多。</p>
<p>如果室温常壓超導材料取得突破，無疑將在能源、交通、計算、醫療檢測等諸多領域產生變革，浙商證券指出：</p>
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<p>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；</p>
<p>更高速的交通方式：超導材料帶來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；</p>
<p>更快的信息處理速度：超導材料在低温環境下具有高度的量子特性，可用於構建量子計算機，運算速度遠超現有計算機，或將在信息處理領域帶來巨大變革；</p>
<p>更先進的治療手段：超導材料在醫學領域具有廣泛的應用，例如 MRI、超導線圈等。常温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，推動醫療技術的發展。</p>
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<p>東吳證券認為，<strong>實驗結果從實驗室走到商業化應用放量都需要一定的時間</strong>，因此，即使室温超導材料得到驗證，室温超導的商業化落地時間還無從判斷：</p>
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<p>低温超導現象從 1910s 被發現，到八十年代才成熟應用在醫療核磁共振領域；而高温超導材料在八十年代末被發現，因為材料製備工藝複雜，直到 35 年後才進入市場化應用。</p>
<p>現階段室温超導材料製備成本高昂，批量化加工技術尚未成型，並且使用穩定性仍需大量驗證。因此，即使室温超導材料得到驗證，室温超導的商業化落地時間還無從判斷。<strong>當前業內能夠實現大規模商業化落地的超導技術仍然以低温超導和高温超導為主。</strong></p>
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<p>“如果有人能夠攻破室温常壓超導，並最終實現商用，其巨大的價值很有可能開啓第四次工業革命。” 全世界研究者正合力驗證，這次是否能摘下室温超導聖盃，進入全新的紀元。</p>

“室温超導” 又火爆全球！物理學 “聖盃” 將開啓第四次工業革命？