第四次工業(yè)革命的前兆？韓國造出世界首個(gè)室溫常壓超導(dǎo)材料！

距離美國羅徹斯特大學(xué)研究人員宣稱發(fā)現(xiàn)一種室溫超導(dǎo)材料不到5個(gè)月，全球科學(xué)界在室溫超導(dǎo)材料方面又宣布重大發(fā)現(xiàn)。

近日，韓國一個(gè)科學(xué)家團(tuán)隊(duì)表示，他們發(fā)現(xiàn)了全球首個(gè)室溫常壓超導(dǎo)材料——改性鉛磷灰石晶體結(jié)構(gòu)（下稱LK- 99，一種摻雜銅的鉛磷灰石）。該團(tuán)隊(duì)興奮地指出，“所有證據(jù)都可以證明，LK-99是世界首個(gè)室溫常壓超導(dǎo)體。LK-99的誕生意味著室溫超導(dǎo)領(lǐng)域的重大突破，開啟了一個(gè)全新的歷史時(shí)代。”

不過，《每日經(jīng)濟(jì)新聞》記者注意到，該團(tuán)隊(duì)的論文目前僅上傳到了預(yù)印本服務(wù)器arXiv，還不清楚該論文是否已提交給期刊進(jìn)行同行評議。由于已有同題的研究被“推翻”的先例，該韓國科學(xué)家團(tuán)隊(duì)的研究成果也必然將受到嚴(yán)格審查。

研究稱新材料LK-99的臨界溫度僅為127°C

為了制造這種名為 LK-99 的新材料，該韓國研究團(tuán)隊(duì)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(shí)，粉末發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，得到一種摻雜銅的鉛-磷灰石晶體。

據(jù)悉，該團(tuán)隊(duì)的研究人員包括量子能源研究中心CEO Sukbae Lee，長期從事高溫超導(dǎo)方向的物理研究；量子能源研究中心研究員Ji-Hoon Kim，主要負(fù)責(zé)樣品合成工作；以及韓國高麗大學(xué)教授Young-Wan Kwon，專注于凝聚態(tài)物理、先進(jìn)材料等領(lǐng)域的研究。

隨后，研究人員測量了毫米大小的LK-99樣品在不同溫度環(huán)境下對電流通過的阻力，發(fā)現(xiàn)其所謂的電阻率從105℃時(shí)的較大正值急劇下降到30℃時(shí)的幾乎零電阻。

圖片來源：arXiv

研究小組記錄了LK-99的臨界溫度（Tc）、零電阻率、臨界電流（Ic）、臨界磁場（Hc）和邁斯納效應(yīng)（超導(dǎo)體從一般狀態(tài)相變至超導(dǎo)態(tài)的過程中對磁場的排斥現(xiàn)象）。該韓國研究團(tuán)隊(duì)在論文中稱，其發(fā)現(xiàn)的LK-99的臨界溫度為127°C，這意味著這種材料可以很容易在地球上的所有環(huán)境中使用。各種效應(yīng)使得該研究小組確信LK-99確實(shí)是一種超導(dǎo)體。

圖片來源：arXiv

超導(dǎo)體沒有電阻的原因在于內(nèi)部電子的活動(dòng)。當(dāng)某特定材料實(shí)現(xiàn)超導(dǎo)時(shí)，其中的電子會(huì)克服排斥力并配對，在不損失能量的情況下自由流動(dòng)。該韓國團(tuán)隊(duì)認(rèn)為，LK-99中之所以會(huì)出現(xiàn)這種超導(dǎo)情況，是由微小的體積收縮（0.48%）導(dǎo)致的結(jié)構(gòu)形變引起的。

雖然該韓國科學(xué)家團(tuán)隊(duì)對室溫超導(dǎo)材料的發(fā)現(xiàn)令外界非常興奮，但謹(jǐn)慎對待類似的研究同樣也很重要。

業(yè)內(nèi)分析指出，在科學(xué)上被廣泛接受和認(rèn)可前，還需要同行進(jìn)一步嚴(yán)格和獨(dú)立的嚴(yán)重。此外，科學(xué)界還必須重復(fù)復(fù)現(xiàn)，以確認(rèn)這一發(fā)現(xiàn)的可重復(fù)性和可靠性。

此外，研究人員還需要進(jìn)行廣泛的研究，以了解LK-99室溫超導(dǎo)性背后的基本機(jī)制。探索LK-99潛在的限制和挑戰(zhàn)，例如超導(dǎo)狀態(tài)的穩(wěn)定性和壽命，對于評估材料的實(shí)際適用性至關(guān)重要。最后，來自該領(lǐng)域?qū)＜业耐性u議和審查也將有助于復(fù)現(xiàn)上述韓國研究團(tuán)隊(duì)的助長。

該韓國研究團(tuán)隊(duì)表示，他們理解外界對其研究成果的質(zhì)疑，也支持任何想自行制備并測試LK-99超導(dǎo)性的人。與此同時(shí)，該團(tuán)隊(duì)將繼續(xù)努力完善他們的超導(dǎo)樣品，并朝著大規(guī)模生產(chǎn)的方向邁進(jìn)。

曾有室溫超導(dǎo)研究被“打假”

超導(dǎo)性的關(guān)鍵點(diǎn)則在于臨界溫度，只要低于這個(gè)溫度，材料就會(huì)具有超導(dǎo)性。因此，一種能夠在實(shí)驗(yàn)室之外的常規(guī)條件下工作的超導(dǎo)體將是革命性的。

如今距離人類首次發(fā)現(xiàn)超導(dǎo)現(xiàn)象已經(jīng)有100多年了。早在1911年，荷蘭物理學(xué)家Heike Kamerlingh Onnes就已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)溫度降低至4.2K（約-268.95℃）時(shí)，浸泡在液氨里的金屬汞的電阻會(huì)消失。

《每日經(jīng)濟(jì)新聞》記者還注意到，在韓國此次的研究公布之前，也有其他研究人員聲稱開發(fā)出了室溫超導(dǎo)的材料。

早在2020年，美國內(nèi)華達(dá)大學(xué)的研究人員就稱其開發(fā)出了一種室溫超導(dǎo)材料，并成立了一家名為Unearthly Materials來進(jìn)一步開發(fā)。

今年3月份，來自美國羅切斯特大學(xué)的物理學(xué)家 Ranga Dias 聲稱自己在 21℃條件下實(shí)現(xiàn)了室溫超導(dǎo) —— 由氫（99%）、氮（1%）和純镥制成的材料 LNH 在 21°C、1GPa 條件下就實(shí)現(xiàn)了超導(dǎo)狀態(tài)。

不過，Dias團(tuán)隊(duì)的研究發(fā)表后遭到多方質(zhì)疑。加州大學(xué)圣地亞哥分校理論物理學(xué)家喬治·赫希（Jorge E.Hirsch）教授曾對每經(jīng)記者指出，Dias本人并沒有在拉斯維加斯的美國物理學(xué)會(huì)會(huì)議上對他們團(tuán)隊(duì)的研究進(jìn)行復(fù)現(xiàn)。而在Dias的研究公布后，南京大學(xué)聞海虎團(tuán)隊(duì)曾火速安排重復(fù)實(shí)驗(yàn)，但團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，Dias給的制備樣品方案幾乎不可行，于是他們結(jié)合自己的條件，完全以新的方式進(jìn)行合成并得到了镥氮?dú)洳牧??！拔覀兊膶?shí)驗(yàn)清楚地表明，從環(huán)境壓力到6.3GPa，溫度低至10K（約-263攝氏度），镥氮?dú)洳牧螸uH2±xNy中不存在超導(dǎo)性。”

由于Dias團(tuán)隊(duì)的另一篇關(guān)于室溫超導(dǎo)的論文曾在2020年被《自然》撤稿，理由是研究人員在數(shù)據(jù)處理方面存在違規(guī)行為，這削弱了編輯們對類似研究結(jié)果的信心。

近年來，全球之所以對室溫超導(dǎo)材料關(guān)注如此密切，正是因?yàn)檫@項(xiàng)技術(shù)一旦得到突破，將有可能徹底改變科學(xué)和技術(shù)的方方面面。室溫超導(dǎo)體最顯著的優(yōu)點(diǎn)之一是其提供了前所未有的能源利用效率。通常來講，超導(dǎo)體需要極低的環(huán)境才能實(shí)現(xiàn)，這使得它們的實(shí)際應(yīng)用受到嚴(yán)格限制，這些應(yīng)用主要集中在能源密集型領(lǐng)域。如果能在室溫條件下實(shí)現(xiàn)超導(dǎo)性，輸電和配電系統(tǒng)將因?yàn)閹缀鯙榱愕碾娮瓒辉斐扇魏文芰康膿p失。

量子計(jì)算機(jī)則將成為室溫超導(dǎo)的直接受益者。有了室溫超導(dǎo)，量子計(jì)算機(jī)將變得更加實(shí)用和容易獲得。目前，大多數(shù)量子計(jì)算機(jī)都在接近絕對零度的超低溫條件下運(yùn)行，以盡量減少噪音。這種對極端冷卻的要求不僅在技術(shù)上具有挑戰(zhàn)性且成本高昂，而且還限制了量子計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的可拓展性。室溫超導(dǎo)具有在環(huán)境溫度下零電阻導(dǎo)電的能力， 可以為量子比特提供一個(gè)穩(wěn)定和可控的環(huán)境，而不需要復(fù)雜的冷卻系統(tǒng)。

該韓國科學(xué)家團(tuán)隊(duì)也在論文中指出，其發(fā)現(xiàn)可能會(huì)對廣泛的技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響，包括磁鐵、電機(jī)、電纜、磁懸浮列車、量子計(jì)算機(jī)等。