超導(dǎo)體概念圖。 視覺中國 圖

近日引起科學(xué)界轟動的一大新聞，是韓國科研團(tuán)隊宣稱合成了一種名為“LK-99”的室溫超導(dǎo)材料。

7月22日，韓國量子能源研究所等機(jī)構(gòu)的研究人員在預(yù)印本網(wǎng)站arXiv上發(fā)表論文說，他們合成的“LK-99”材料具備超導(dǎo)性，超導(dǎo)臨界溫度在127攝氏度左右，而且在常壓下就具備超導(dǎo)性?！癓K-99”是一種改性鉛磷灰石晶體結(jié)構(gòu)。韓國研究團(tuán)隊將幾種含有鉛、氧、硫和磷的粉末狀化合物混合在一起，然后在高溫下加熱數(shù)小時，粉末發(fā)生化學(xué)反應(yīng)后得到一種摻雜銅的鉛磷灰石晶體。

韓國團(tuán)隊宣稱的成果引起科學(xué)界極大關(guān)注的同時，也受到不少學(xué)者的質(zhì)疑。

科學(xué)界追尋的目標(biāo)

各類材料在常溫下都具有一定的電阻。當(dāng)電子從材料的一端流到另一端時，它們不斷碰撞并減速，類似于風(fēng)吹過樹葉時空氣的減速。1911年，荷蘭物理學(xué)家?？恕た溋帧ぐ簝?nèi)斯發(fā)現(xiàn)汞在約4開爾文（絕對零度以上4攝氏度，即約零下269攝氏度）時電阻急劇下降，進(jìn)入一種電阻小到實際上測不出來的新狀態(tài)。他把汞的這一新狀態(tài)稱為超導(dǎo)態(tài)。昂內(nèi)斯也因為發(fā)現(xiàn)超導(dǎo)現(xiàn)象獲得1913年諾貝爾物理學(xué)獎。

超導(dǎo)體在特定溫度才能呈現(xiàn)電阻為零，其兩大關(guān)鍵特征為零電阻和完全抗磁性，即邁斯納效應(yīng)。超導(dǎo)體電阻轉(zhuǎn)變?yōu)榱愕臏囟确Q為臨界溫度。根據(jù)臨界溫度高低，超導(dǎo)材料可分為低溫超導(dǎo)體和高溫超導(dǎo)體。

迄今為止，已發(fā)現(xiàn)數(shù)十種金屬元素——鉛、汞、鈮、錫及其合金在冷卻到接近絕對零度時會變成超導(dǎo)體。但這些材料實現(xiàn)超導(dǎo)條件苛刻，即便所謂“高溫超導(dǎo)體”的臨界溫度也通常在零下100攝氏度或更低，需要液氦或液氮制冷并需要高壓，難度大且成本高，幾乎無法實用。目前已確認(rèn)的世界紀(jì)錄，是美國和德國科研人員以氫化鑭材料在250開爾文（約零下23攝氏度）還需約100萬倍大氣壓的極端高壓實現(xiàn)超導(dǎo)。

如果有一種材料能在接近室溫和常壓條件下實現(xiàn)超導(dǎo)，勢必給世界帶來革命性的突破。例如，計算機(jī)芯片可以運(yùn)行更快能耗更低、電網(wǎng)可以接近無損耗輸電、高速磁懸浮列車可能很快投入實用……因此，近幾十年來世界各國研究人員在這一領(lǐng)域投入了極大精力。

“LK-99”引起關(guān)注的原因還在于，韓國研究人員宣稱它不僅臨界溫度接近常溫，其成分和合成方法出乎意料地簡單和廉價，而過去科學(xué)界往往在稀有金屬元素的方向?qū)で笸黄?。一旦得到驗證并解明其機(jī)理，它可能很快接近實用。

是否突破還需驗證

不過“LK-99”不是首個宣稱實現(xiàn)室溫超導(dǎo)的材料，過去也曾有研究人員宣布“重大突破”，但迄今未驗證和復(fù)現(xiàn)成功。

美國研究人員蘭加·迪亞斯等人2020年曾在英國《自然》雜志上報告，一種含碳、硫、氫的化合物在15攝氏度下表現(xiàn)出超導(dǎo)性能，成為電阻為零的超導(dǎo)體，但該論文去年被撤回。今年3月8日，迪亞斯團(tuán)隊又一篇論文發(fā)表在《自然》網(wǎng)站，論文稱研發(fā)出一種含镥、氫、氮的材料，在約20.6攝氏度的室溫和10千巴（約1萬倍大氣壓）的壓力下表現(xiàn)出超導(dǎo)性能，迄今也有多個團(tuán)隊報告不能復(fù)現(xiàn)其成果。

“LK-99”又會如何？因為其制備和驗證相對簡單，目前已有包括中國在內(nèi)的多國科研團(tuán)隊都在嘗試復(fù)現(xiàn)。

美國勞倫斯伯克利國家實驗室的西妮德·格里芬針對“LK-99”的性質(zhì)在預(yù)印本網(wǎng)站arXiv發(fā)表論文表示，超導(dǎo)性可以解釋“LK-99”的特性，但大量其他現(xiàn)象，如金屬絕緣體轉(zhuǎn)變、電荷密度波等也可以解釋。針對一些媒體報道說她的計算機(jī)模擬“支持‘LK-99’的超導(dǎo)性”，格里芬在社交媒體強(qiáng)調(diào)，其論文沒有提供“LK-99”具有超導(dǎo)性的證據(jù)。

《自然》雜志網(wǎng)站4日報道說，印度國家物理實驗室和中國北京航空航天大學(xué)的團(tuán)隊開展的兩項獨立的實驗合成了“LK-99”，但沒有觀察到超導(dǎo)的跡象。中國東南大學(xué)的研究人員開展的實驗沒有發(fā)現(xiàn)邁斯納效應(yīng)，但在零下163攝氏度下測得“LK-99”的電阻接近于零，該溫度遠(yuǎn)低于室溫，對于超導(dǎo)體來說卻很高。文章指出，“LK-99 ”結(jié)構(gòu)的不確定性限制了研究人員從理論計算中得出結(jié)論。

韓國超導(dǎo)和低溫學(xué)會“LK-99”驗證委員會表示，與“LK-99”相關(guān)的影像和論文中展示的這一材料的特征并不符合邁斯納效應(yīng)，不足以證明“LK-99”是室溫超導(dǎo)體。

美國倫斯勒理工學(xué)院材料科學(xué)與工程系副教授埃德溫·福通說，實現(xiàn)室溫超導(dǎo)，需要在理解超導(dǎo)背后的基本原理、發(fā)明新材料或發(fā)現(xiàn)提高臨界溫度的新方法方面取得突破?！癓K-99”是突破還是“烏龍”，首先需要科研人員復(fù)現(xiàn)。目前來看，室溫超導(dǎo)領(lǐng)域出現(xiàn)重大進(jìn)展恐怕還需時日。