首個室温常壓超導掀全球熱度，數萬人正在圍觀這個中國團隊的復現進度

今天小編分享的科技經驗：首個室温常壓超導掀全球熱度，數萬人正在圍觀這個中國團隊的復現進度，歡迎閲讀。

機器之心報道

機器之心編輯部

21 世紀，超導的世紀。

「一覺醒來，室温超導『又』被突破了。」最近幾天，物理學界又見證了一份室温超導研究的問世。

為什麼説「又」呢？看看之前的新聞報道就知道了：宣稱實現「室温超導」的研究一個接一個，連 Science 雜志都忍不住在 2020 年打出「終于，室温超導實現了」的标題。但後續結果總是令人失望，沒有人能夠成功復現作者宣稱的結果，部分研究還被撤稿。這使得「實現室温超導」成了一個「狼來了」的故事。誰也不敢輕信别人宣稱的結果。

不過這次，事情看上去有點不同尋常。這份研究來自韓國的一個團隊。他們在 arXiv 上上傳了兩篇論文，宣稱他們合成了一種常壓下的室温超導材料，其超導臨界温度超過了水的沸點，最高達到 127 攝氏度。

這種材料被命名為 LK 99，是一種銅摻雜的鉛磷灰石，化學式寫作。

合成之後的樣品長這個樣子：

在論文中，作者給出了詳細的合成步驟。

不少研究者表示，這些步驟并不復雜，很多實驗室都可以嘗試復現。

正是因為如此簡單，這份研究才如此令人懷疑：真就是「好的食材，往往只需要最簡單的烹饪方式」？

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？至少急忙讀完論文的業内人士紛紛表示，韓國團隊叙述的方法詳細認真，和目前的結果相互印證，復現起來是很快的。

從昨天起，有關常温常壓室温超導材料的問題一直排在熱榜第一名。

數萬人插眼圍觀國内實驗室復現過程

既然復現起來很簡單。我們可以想到國内外很多團隊已經在加班加點嘗試復現實驗結果了。

在知乎熱搜第一上，有個回答當前已經引起了數萬人的插眼圍觀。來自安徽的一個實驗團隊已經肝了十幾個小時，正在努力復現結果。

幾十分鍾前他們更新了最新的進度。

結果大概三天左右出。或許很快，我們就能見證這次室温超導的含金量。

傳送門：https://www.zhihu.com/question/613850973/answer/3136586869

室温超導：諾獎級研究、第四次工業革命的希望

室温超導的每一次研究突破都牽動着全世界科學家的神經，這是為什麼呢？

首先，我們來看一下室温超導是什麼。超導就是超級導電，其電阻為 0，電流流經超導體時不會產生熱損耗。室温超導是在室温條件下實現的超導現象，室温超導體是在高于 0°C 的温度下有超導現象的材料。相較于其他超導體，室温超導體的條件是日常較容易達到的工作條件。

截至 2020 年，最高温的超導體是超高壓的含碳硫化氫系統，壓力 267 GPa，其臨界温度為 +15°C。在一般大氣壓力下的最高温超導體是高温超導體銅氧化物，它在 138K（−135 °C）的温度下有超導現象。

實現室温超導的條件極其苛刻，目前的條件只能支持在極高壓力或極低温度下實現超導态，更不用説其較高的成本和有限的應用場景了。

如果能夠實現常壓室温超導，有人表示，「這将成為人類有史以來最偉大的科技發現之一，也将會拿遍諾貝爾獎。」還有更多人表示，常壓室温超導如能實現，将開啓第四次工業革命，使二十一世紀成為超導時代。

那麼對于人類社會和普通人來説，實現常壓室温超導會產生哪些切身的影響呢？從下面幾個示例可以窺見一二。

先拿最常見的與電有關的產品來説，超導電器沒有了電阻，将徹底解決由電阻產生的損耗問題。超導計算機（電腦）不再需要考慮散熱問題，變得更輕薄，運行速度也會極大提升；家庭用電量将大大降低；電動汽車将全面取代燃油汽車。

再看能源發電輸電行業，原本很多燒油的設備（比如柴油機、汽油機）将改用超導電機，将徹底改變石油、化工、航空航天、冶金等眾多行業。同時超導材料做成的超導電線和超導變壓器可以幾乎無損耗地輸送電力，缺電問題将成為歷史。

還有磁懸浮，超導材料的出現可以制作高速超導磁懸浮列車，磁懸浮軌道交通将大面積建設。

還有更科幻的，可控核聚變技術将有望實現。《三體》中的場景将成為現實，人類駛向宇宙，人類歷史将重寫。

韓國的研究團隊做了什麼

閲讀凝聚态物理方向的論文對于大部分人來説都存在不可逾越的門檻，不過，B 站科普區知名 up 主「來自星星的何教授」簡單向大家解釋了一下。我們看看他是怎麼説的。

視頻地址：https://www.bilibili.com/video/BV1Dx4y197tX/?spm_id_from=333.337.search-card.all.click

首先，我們知道，新合成的超導材料化學式為。

這是一種銅摻雜的鉛磷灰石，其中銅摻雜的比例 x 大概在 0. 9- 1. 1 之間。作者在論文中詳細介紹了這種材料的合成步驟。

第一步，通過化學反應合成黃鉛礦。将氧化鉛和硫酸鉛粉末以各 50% 的比例在陶瓷坩埚中均勻混合。将混合粉末在有空氣存在的環境下，在 725 攝氏度的爐子中加熱 24 小時。在加熱過程中，混合物發生化學反應，產生黃鉛礦。

第二步，合成磷化亞銅晶體。将銅和磷粉末按照比例在坩埚中混合。将混合粉末密封在每克 20 厘米的晶閘管中，真空度為 10 的 - 3 次方托。将含有混合粉末的密封管在 550 攝氏度的爐子中加熱 48 小時，在此過程中，混合物發生反應并形成磷化亞銅晶體。

第三步，将黃鉛礦和磷化亞銅晶體研磨成粉末，并在坩埚中混合，然後密封入晶閘管中，真空度為 10 的 - 3 次方托。将裝有混合粉末的密封管在 925 攝氏度的爐子中加熱 5- 20 小時。在此過程中，混合物發生反應并轉化為最終材料。其中，硫酸鉛中的硫元素在反應過程中蒸發了。

文章給出了第三步過程中的照片：e 是反應前的混合粉末， f 是反應後還密封着的樣品，g 是樣品取出時的樣子，h 和 i 是得到的樣品的照片。

按照同樣的方法，作者合成了好幾份樣品，不同樣品的銅摻雜參數 x 應該略有差異。

然後，作者對合成材料的晶體結構進行了分析，發現合成的樣品是一種多晶材料，具有六方結構，屬于六方晶系。

從晶體上方（c 軸）看到的樣子。

從晶體側面（垂直于 C 軸）看到的樣子。

進入超導态以後，樣品形成一維的超導鏈（沿着 c 軸方向）。

作者發現，原始的鉛磷灰石是一種絕緣體，而銅摻雜的鉛磷灰石在臨界温度以下是一種超導體，在臨界温度以上是一種金屬。

他們在 30 毫安的電流下，采用四探針法對樣品 2 進行了電阻測量，結果發現，在 105 攝氏度左右，電阻有一個明顯的跳變，他們認為此時發生了超導轉變。

不過，電阻并不是直接跳變到 0，而是先跳變到一個比較小的值。進入更低的温度以後，大約在 60 攝氏度以下，電阻幾乎為零。「來自星星的何教授」解釋説，實際上，超導體在進入超導态以後，電阻并不一定嚴格為零。這是因為在有限温度的時候，并不是所有的電子都參與了庫珀配對，未配對的電子仍然可以對電阻產生貢獻，尤其是在接近臨界温度的區網域。論文作者根據電阻測量結果得出結論，該超導體是一個 s 波超導體（詳細解釋參見「來自星星的何教授」科普視頻）。

超導的另一個證據是抗磁性（在磁場強度低于臨界值的情況下，磁力線無法穿過超導體，超導體内部磁場為零的現象，完全抗磁性又稱邁斯納效應）。作者對樣品 2 和樣品 3 的磁化率随温度的變化進行了測量，二者展示出了抗磁性。如圖所示，樣品 4 在磁鐵上方出現了懸浮現象。

作者還對臨界電流和臨界磁場進行了測量，其結果與超導的影像是符合的。樣品的臨界温度與銅摻雜的比例 x 是相關的。

在他們合成的樣品中，臨界温度最高可以達到 400 開爾文，也就是 127 攝氏度。作者還利用超導的 Brinkman-Rice-BCS 理論進行了理論解釋，認為臨界温度如此之高的原因有兩點：一是由于銅摻雜形成了一維或準一維的金屬，二是電子之間存在強關聯。

「來自星星的何教授」表示，他個人感覺論文的工作比較全面，樣品的合成方法介紹比較詳細，該做的測量都做了，數據比較全面，針對超導的兩個證據也都給出了實驗證據。由于不需要高壓環境，這個實驗在難度上比之前的實驗難度小了很多。别的課題組應該能很快跟進驗證這個結果。

兩篇論文鏈接如下：

論文鏈接：https://arxiv.org/abs/2307.12008

論文鏈接：https://arxiv.org/abs/2307.12037

研究團隊（三人版本論文）中的 Sukbae Lee 和 Ji-Hoon Kim 來自一家叫做量子能源研究中心（Quantum Energy Research Centre）的公司，其中一作 Sukbae Lee 為公司 CEO 兼研究員，長期從事高温超導方向的物理研究；二作 Ji-Hoon Kim 為公司研究員，主要負責樣品合成工作；三作 Young-Wan Kwon 是高麗大學教授，專注于凝聚态物理、先進材料等領網域的研究。

讓子彈再飛一會兒

對于這項韓國團隊的研究，很多人都感覺「too good to be true」。在復現結果出來之前，我們有必要持懷疑态度。這條路何其漫長，從 20 世紀初便開始了。

1911 年，荷蘭物理學家 Heike Kamerlingh Onnes 在一條汞絲中首次發現了超導性，該汞絲被冷卻至 4.2K（-269°C）。

1957 年，物理學家 John Bardeen、Leon Cooper 和 Robert Schrieffer 從理論角度解釋了這一現象：他們提出的「BCS 理論」表明，通過超導體壓縮的電子會暫時使材料的結構變形，從而在沒有電阻的情況下調換另一電子。

1986 年，物理學家發現，在不同的材料中，氧化銅陶瓷的超導性存在于更高的臨界温度，即 Tc=30K（約 - 243°C）。

1994 年，研究人員将壓力下汞基氧化銅的 Tc 提升至 164K（約 - 109°C）。電子仍會在銅氧化物超導體中配對，但是其如何實現超導仍屬未知。

到了 21 世紀，同樣很多研究人員不遺餘力地在該領網域深耕，一次次宣稱搞出了「有模有樣」的成果。其中羅切斯特大學物理學家 Ranga Dias 是代表性人物。

Ranga Dias

2020 年，Dias 團隊發表 Nature 封面文章，宣稱在 267 GPa、287K（約 15 度）的條件下實現了碳 - 硫 - 氫（CSH）體系的超導性，成為人類首次實現高壓室温超導。

遺憾的是，在 2022 年 9 月，Nature 雜志宣布撤回了這篇論文。不過，這也沒讓他放棄，繼而在今年 3 月又整出了一個引爆物理圈的大新聞。

在拉斯維加斯舉行的美國物理學會三月年度會議上，Ranga Dias 再次宣布發明了一種在室温和接近常壓的環境下工作的超導體 —— 一種由氫、氮和稀土金屬镥組成的固體化合物，成功地在 21°C（294K）和大約 1GPa 的壓力下無電阻地傳導電流。該研究同樣登上了 Nature。

同樣，這個 21°C 室温超導仍然遭到了質疑，畢竟 Ranga Dias 有「前科」在身。之後很多科研機構展開復現嘗試，比如多個中國團隊發布了針對镥化氫化合物的重復實現，出現了不同結果。不過，不像前作一樣，Nature 尚未對 Ranga Dias 的這篇論文撤稿。

在此前出現的學術欺詐，多少代前輩嘗試失敗的背景下，我們仍然對這一次充滿期待。正如《Science》對此第一時間的報道中 Derek Lowe 所説的：「我真的非常希望它如所聲稱的那樣 —— 這應該是不言而喻的。在我們得知最終确認或證偽的消息之前，我的心情将會相當緊張！因為這确實将是一個改變世界的發現，并且顯然會立即獲得諾貝爾獎。」

一句話：我們太希望它是真的了。

如果有一種材料可以實現常温常壓下的超導，并且獲取相對容易，它的出現或許會是新一輪工業革命的開始。它的應用包括但不限于：磁場的大規模應用、無接觸式物質操控（如核聚變的控制）、無能耗電流傳輸、超長距離通信、新能源形式等等，基本上所有依靠電力運行的東西都會受到影響，或許會出現一些科幻小説裏才會出現的東西。

但和往常一樣，僅僅證明室温超導可以存在就已經是一個巨大的進步。

該團隊（6 人版本論文）成員之一 Hyun-Tak Kim 在昨天接受 NewScientist 采訪時表示：支持任何人復現他們團隊的結果。