室溫超導爆火真相：復現、質疑和突破

2023-08-04 03:46:36 來源: 亞設網

《阿凡達》里有一種“Unobtanium”室溫超導礦石，可以讓一座座大山懸浮在空中。這同樣是眾多從事超導研究的科學家們的終極夢想，尋找到可實用化的室溫超導材料。

十多天前， 韓國科研團隊等人員宣稱一種銅摻雜鉛磷灰石材料“LK-99”具有室溫超導性能。目前中美俄等多個研究團隊正在嘗試驗證其實驗結果。

【資料圖】

8月1日，華中科技大學宣布成功復現磁懸浮的“LK-99”晶體。該晶體懸浮的角度比韓國量子能源研究中心獲得的樣品磁懸浮角度更大。

當日，A股市場上超導概念股永鼎股份、百利電氣漲停；美股美國超導收漲60%，近5個交易日，該股累計上漲約130%，目前股價已接近近三年高位。

- 來源：東方財富-

米磊認為，超導之于能源領域就是半導體之于信息領域，過去60年的信息革命依靠的是半導體材料的突破，未來60年的能源革命依靠的是超導材料的突破。

小飯桌第一時間邀請了 上海交通大學教授、翌曦科技創始人、國家能源智能電網研發中心副主任、上海市高溫超導材料與系統工程研究中心主任金之儉，在小飯局Pro上分享了超導材料的發展歷程及未來圖景，吸引了上萬人在線參與。

金之儉指出“LK-99”之所以關注度高，因其制備工藝比較簡單，而且能在室溫、常壓下實現超導。但韓國的常溫超導實驗演示了超導體的懸浮現象，但超導驗證實驗還不夠嚴謹，需要進一步的復核驗證。

作為翌曦科技種子輪的領投方，中科創星自2022年起布局超導領域，其創始合伙人米磊同樣對小飯桌指出，室溫超導還處于實驗室階段，還沒有被完全驗證，之所以遲遲沒有實現突破，是因材料體系較為復雜，國內賽道才剛剛起步。

超導材料的從0到1

想要理解這一發現的重要意義，金之儉教授梳理并回顧了超導的發展歷程。

超導是指一種材料在低溫下電阻突然變為零的現象。

1911年2月，荷蘭科學家昂納斯將汞Hg的溫度降低至稍低于4.2K時，即接近絕對零度（-273.15℃），汞的電阻突然消失表現出超導狀態。昂納斯也因超導體的發現，于1913年獲得諾貝爾物理學獎。

自從昂里斯發現汞的超導特性后，物理學家們幾乎把元素周期表里所有的金屬翻了遍，尋找有可能的超導元素。 具有超導特性的材料有成千上萬種，但是真正能夠實用的超導材料沒超過十種。超導材料能否實用不僅要有合適的臨界溫度、臨界電流密度和臨界磁場，還要看這個材料的機械特性、制備難度和成本等多個因素。

物理學家們陸續發現很多金屬化合物同樣是超導材料，但超導材料的臨界溫度仍沒辦法突破30K，似乎有個看不見的天花板，稱之為麥克米蘭極限。

超導材料真正走到產業化大規模應用是國際核聚變實驗堆項目ITER計劃。我國加入ITER計劃后，完成了自主制備低溫超導導線，孕育了當前科創板明星企業——西部超導。低溫超導材料由ITER項目拉動已形成很大產業，如核磁共振加速器等都是低溫超導材料的產物。

多年的探索一直沒有突破麥克米蘭極限，科學家不得不另辟蹊徑尋找新的超導材料。瑞士IBM公司工程師柏諾慈和繆勒研究過渡金屬氧化物的導電性，在一堆絕緣陶瓷材料里尋找超導體，多年的努力終于發現在鋇鑭銅氧化物體系可能具有超導電性，并且找到了明確的零電子效應，突破了麥克米蘭極限。

1987年2月，我國趙忠賢院士和美國科學家朱經武幾乎同時發現釔鋇銅氧（YBCO）92.8K轉變溫度，液氮溫區超導材料由此產生。

目前大規模量產的仍是YBCO高溫超導帶材制備技術，約90%成分是銅和不銹鋼基帶，原材料成本并不高，超導帶材成本主要取決于性能水平、成品率和量產水平，未來成本下降空間巨大。

這種超導材料在許多領域都有著廣泛的應用，比如 磁懸浮列車、MRI、核聚變等。但由于目前超導材料只在極低溫度下才能實現這種電性，限制了其在實際應用中的范圍。

室溫傳導的復現和質疑聲

韓國室溫超導的實驗也引起多方質疑，而該研究團隊的成員表示，論文存在缺陷，系團隊中的一名成員擅自發布，目前團隊已要求下架論文。

在華中科技大學宣布復現成功同時，團隊成員表示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。如果算具備超導相，也是微量的超導雜質，無法形成連續的超導通路。

- 圖中黑點部分即為復現“LK-99晶體”-

（圖源：B站up主“關山口男子技師”視頻節選）

而此前北京航空航天大學材料科學與工程學院劉知琪教授團隊在arXiv上提交的論文顯示，他們根據韓國團隊公布的方法合成了LK-99，但沒有發現其具有超導性。

金之儉指出，從數據上看，目前韓國“LK-99”晶體并不能確定是完全的超導材料。一方面，確認材料需要做大量的驗證工作，目前應該還沒有被完整確認。另一方面，即使該材料具有超導性，并不能立刻拿來實用。

上海市超導材料及系統工程研究中心主任、超導應用研究專家洪智勇表示，從韓國團隊公布的論文來看，其測試手法與目前的超導材料驗證試驗存在差異，且測試方法和數據的呈現方式過于粗糙，難以證實材料是否真的具有超導性質。

實際上超導材料需要具備兩大特性： 零電阻效應和邁斯納效應。邁斯納效應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，或稱抗磁性。目前韓國“LK-99”晶體的超導特性還沒有嚴格展現并真正驗證。

室溫超導若實現會發生什么

如果此次常溫超導材料成功，將深刻影響能源、交通、醫學、軍工等眾多領域。所有和電相關的產品都將迎來變革。發電端一旦實現可控核聚變，能源問題將得到徹底解決；輸電端，超導電纜將替代特高壓輸電；用電端，功率密度更大、更節能的電機廣泛應用；磁懸浮列車將大行其道；醫療領域，核磁共振將會更靈敏、更普及。可以想象的空間還有很多，科幻小說里的很多場景都可以呈現。

有投資者表示今年頻繁出現室溫傳導的研究成果，與產業資源傾斜相關，韓國人的實驗成功并非偶然。米磊同樣指出國外賽道已經熱起來了，但國內的賽道才剛剛起步，標的較為稀缺，未來五年內都可繼續關注室溫超導的實驗室進展。

發現室溫超導材料只是第一步，金之儉認為發現室溫超導材料是非常大的突破，但找到能夠大規模實用的室溫超導材料還有很遠的路要走。

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