人類新紀元or新鬧劇？韓國研究團隊2.5小時內連發兩篇室溫超導論文
電子發燒友網報道（文/吳子鵬）室溫超導，即在室溫條件下實現的超導現象。超導現象最初是在接近絕對零度的極低溫度下觀察到的，大多數超導體也僅在接近絕對零度的溫度下工作。2022年，在Nature 期刊編輯委員會撤回極壓碳質硫氫化物在267 GPa下的臨界轉變溫度為+15℃的報道之后，目前超導最高溫度由高壓下的氫化鑭保持，2019年美德兩國科學家組成的研究小組實驗證實，高壓下的氫化鑭在-23℃下中具有超導性。
不過，近幾天全球超導圈子又熱鬧了起來，韓國量子能源研究中心（Q-centre ）、高麗大學等團隊的研究人員在不到2.5小時內連續提交了兩篇室溫超導論文，提交時間分別為7月22日7時51分和7月22日10時11分。兩篇文章作者人數不同，但有兩位重合。
這一次韓國研究團隊似乎非常自信，他們認為，“我們相信，我們的新進展將是開啟人類新紀元的全新歷史事件”。
韓國版室溫常壓超導
韓國團隊的兩篇論文發布在預印本網站arXiv上，尚未經同行評議，目前也尚不清楚這些研究成果是否會已提交給期刊進行同行評議。即便如此，這兩篇論文還是引起全球科技界的廣泛關注。
圖源：arXiv
韓國團隊在論文中指出，他們發現了全球首個室溫超導材料——改性鉛磷灰石晶體結構，命名為LK-99，能夠在127℃(Tc≥400k)以下表現為超導體。論文中被爭論最多的是，LK-99的臨界溫度（Tc）為127℃，并且是在常壓條件下，這意味著這種材料可以很容易在地球上的所有環境中使用。
這是一個非常大的研究跨越，要知道在此之前，硫化氫需要在150萬個大氣壓、大約-73℃下保持超導性；氫化鑭需要在170萬個大氣壓、大約-23℃下保持超導性。無論是溫度還是氣壓條件，和我們現在談論的室溫常壓超導都有著巨大的差距。
也就是說，韓國團隊不僅是取得了突破，而且將超導體的最高臨界溫度一下子提高了近150℃。
根據論文的描述，該團隊把多種含鉛、銅和磷的材料經過一定組合后分別混合加熱，制備得到一種摻雜銅的鉛-磷灰石晶體，即LK-99。具體的制備過程包括以下三步：
·第一步：將氧化鉛和硫酸鉛粉末在陶瓷坩堝中以各50%的比例均勻混合，混合粉末在725℃的爐中加熱24小時發生化學反應。
·第二步：將銅和鉛粉末按比例在坩堝中混合，合成磷化亞銅，讓混合后的粉末處于相應的真空封管狀態下，然后置于爐內550℃加熱48小時。
·第三步：將上述兩步所得物質磨成粉末，并在坩堝中混合，再將混合粉末真空封管，在925℃的爐內加熱5至20小時。
圖源：韓國團隊論文
然后，他們通過實驗來測量LK-99的物理特性。實驗結果表明，在127℃以下，給LK-99施加電流，在一定的電流范圍內電壓都基本為零，表現出了零電阻的特性。韓國團隊認為，LK-99中之所以會出現這種超導情況，是由微小的體積收縮（0.48%）導致的結構形變引起的。研究團隊認為，正是這種結構的影響，導致了這種新材料非凡的超導性，而非溫度和壓力等外部因素。
圖源：韓國團隊論文
當然，這項研究目前還有很多需要驗證的地方。比如，第一篇論文的作者們就寫到，到目前為止，超導性與材料結構變化之間的關系還沒有得到很好的闡明。同時，業內人士也強調，在科學上被廣泛接受和認可前，還需要同行進一步嚴格和獨立的驗證。尤其是，科學界需要將這一成果復現出來。
韓國研究團隊表示，他們理解外界對其研究成果的質疑，也支持任何想自行制備并測試LK-99超導性的人。
雖然韓國團隊的論文發布不久，不過確實已經有人著手開始驗證了。比如在國內的知乎平臺上，就已經有答主開始動手復現材料了。知乎答主“半導體與物理”表示，他們小組已經開始做試驗了。對此，網友紛紛表示，期待復現的結果。
確實，在韓國團隊發布論文之前，就已經有室溫超導項目被“打假”。今年3月8日，美國羅切斯特大學的物理學家 Ranga Dias及其團隊在全球頂級科研期刊《Nature》上發表了題為“Evidence of near-ambient superconductivity in a N-doped lutetium hydride”的研究論文。Dias團隊聲稱在氮摻雜氫化镥（nitrogen-doped lutetium hydride, NDLH）體系中實現了近室溫超導（Tc= 294 K, 21 ℃）。
隨后不久，南京大學固體微結構國家重點實驗室聞海虎教授領導的科研團隊直接否定美國羅徹斯特大學Ranga Dias團隊關于“室溫超導”的最新研究結果。
聞海虎教授團隊指出，零電阻行為和完全抗磁性并沒有被成功復現，這表明在該生長條件下的同種材料LuH2±xNy，在低于40.1 GPa 的壓力下，并不存在近室溫超導。
人類對室溫超導的企盼
超導有很多奇特的特性，比如電阻為0，完全抗磁性等。人類第一次發現超導是在1911年， Heike Kamer-Onnes在溫度4.2K（-268.97℃）時用液氦冷卻汞時發現汞的電阻為零，發現了超導電性規律。隨后的1933年，菲爾德和邁斯納發現超導體冷卻達到轉變溫度時，不僅電阻完全消失，還會出現抗磁性。
一個多世紀以來，人們對于超導的研究一直在持續。并且，過去很多年里美日的研究團隊一直都處于領先的位置，日本在1988年實現液氮溫區超導體，臨界溫度為-165.15℃。過去的一個世紀里，大概有10位科學家憑借在超導領域的研究獲得了諾貝爾獎。
21世紀，超導材料被各國定義為國家級戰略材料，在電力、航天、計算機、核物理等方面有重要的應用，應用案例包括粒子加速器里的超導磁體，電力行業里面的超導電纜，用于風力發電的超導電機，還有我們熟悉的磁懸浮等。并且，在近來大熱的量子計算領域，超導材料也是重要材料，可以用于制備超導量子干涉儀。不過，目前前沿應用還是用的常規超導材料，包括低溫超導和高溫超導，不過都需要液氦或液氮作為輔助溫度條件。
室溫超導是科學家一直追逐的目標，如果可以研究出常溫超導材料。那么，超導材料的應用將遍布每一個用電的領域，給全社會帶來顛覆性的改變。想象一下，在常壓和室溫條件下，超導體就可以用零電阻傳輸電流，這無疑是一場意義非凡的能源革命。
不過，室溫超導即便在復現之后也面臨著量產的問題，目前探索室溫超導所用到的銅、銀、釔、釔銅氧等材料價格昂貴，并且超導電流密度仍然較低，這些都是需要進一步研究的地方。
寫在最后
每一次室溫超導的突破都會引起全球范圍內的廣泛關注，一個重要的原因就是，各個戰略重點領域以及國計民生領域都能夠受益于室溫超導，這是一個普惠全社會的能源革命技術，可以說是開啟了人類社會的新紀元。不過，室溫超導已經有了被打假的案例，希望韓國研究團隊走出的這一步是堅實的。
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