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如何科学吃瓜“室温超导”?

时间：2023-08-11 16:07:48 来源：TechWeb.com.cn

近期韩国的一个研究小组发表了一篇论文，宣称实现了临界温度超过400K（126.85℃）的常压室温超导，文中将这种“超导材料”称为LK-99。

【资料图】

这一论文一经发布就在业内外引发了热烈讨论，毕竟一般来说，“超导”的条件一般十分苛刻。比如一些材料需要把环境温度降低到零下一百多度才能表现出超导的特性。这就大大限制了这些“超导”材料的应用，毕竟零下一百多度的环境可不是随便就能提供的。因此就目前的研究来说，“超导”常有，而“常压室温超导”不常有。那么我们该如何科学吃瓜这次的“室温超导”呢？

什么是超导？

1911年，荷兰莱顿大学昂内斯(H. Kamerlingh Onnes)在实验中得到一个意外的发现，当汞在温度降到4.2 K（零下268.95℃）时，其电阻突然降到测量不出的程度。之后他又多次实验，最终发现有许多金属和合金都具有类似的特性。于是昂内斯就将这一神奇的现象命名为“超导”（超级导体）。

因此对于大多数人们来说，提起“超导”第一时间想到的往往就是其“零电阻性”。也就是在一定温度下电阻为零，或者在实际测试中电阻足够小（小于10-25 欧姆），就可以被认为是“超导”。

而超导的另一个基本性质就是完全抗磁性（也就是迈斯纳效应），由于超导体在靠近磁场时会在其表面感应出超导电流，这个超导电流会在超导体内部产生一个与外磁场方向相反大小相等的磁场，两磁场相互抵消，从而使其内部总磁场为零。

因此对于一种疑似超导体的材料一般会测试电阻（或者电阻率）和磁化率，有些还会测试比热等数据。

追寻更高温度的超导

其实很多材料只要温度降到足够低，都会出现超导现象。正如同最开始发现的汞在零下268.95℃时出现了超导现象。但如果走出实验室环境，要大规模应用一种“超导材料”，把温度降到零下二百多度显然是件很困难的事。因此科学家们一直在追寻更高临界温度（开始出现超导状态的温度）的超导材料。

这里首先需要说明一点，一般超导相关测试中使用的温度单位是热力学温度单位开尔文，开尔文温度常用符号K表示，其单位为开。这与我们日常生活中使用的温度单位摄氏度不同。

开尔文是以绝对零度作为计算起点，也就是说0K=-273.15℃。而一般室温是指300K,也就是26.85℃。

在追寻更高临界温度超导材料的道路上，有这么几道坎：

40K：打这往上基本就可以算是“高温超导体”了，这个高温是相对于一般材料的超导临界温度而言的。（40K这个数据来自BCS理论中的麦克米兰极限）

77K：如果有一种超导体材料临界温度达到77K以上，那么它就可以“一定程度”上应用到我们日常的生产、生活中了。因为77K是液氮的沸点，那么这些超导体材料就可以在液氮的冷却下保持超导状态。

例如南方电网在我国首条三相同轴超导电缆示范工程就使用了液氮制冷技术。超导电缆可以让相关供电系统的体积更小、传输更多的能量、传输过程中的能量损耗也大大降低。

室温（300K左右）：室温环境下的超导往往是超导材料研究的理想目标。因为超导材料的临界温度处在室温时，我们就不需要额外的制冷系统维持它的超导状态，因此可以将其应用到我们日常生活中的方方面面，比如数码产品、新能源汽车等领域。不过遗憾的是，目前很多“室温超导材料”需要加压才能保持超导状态，例如LaH₁₀，在170GPa（1.7亿倍大气压）下临界温度可以达到250K（零下23.15℃）。不过这就带来了另一个问题，就是加压并不一定比液氮制冷便宜。因此这类“室温超导体”往往也不太容易大氛围应用。

但如果真的发现了既不需要加压也不需要降温的“常压室温超导材料”，无疑能极大程度扩大超导材料的应用范围。

那么这回的常压室温超导是真的吗？

在“超导”这个领域，因为各种原因闹出来的乌龙其实不少。因此“实验结果可复现”是一个非常重要的检验标准。也就是说如果只是韩国这个团队测试出来这个实验结果，不能说明什么问题。但如果其它科研团队按照论文中的方法制备出LK-99，并且也测试出相同的结果。那么论文中结论的准确性就非常高了。

华中科技大学材料学院博士后武浩、博士生杨丽，在常海欣教授的指导下，成功首次验证合成了可以磁悬浮的LK-99晶体，该晶体悬浮的角度比Sukbae Lee等人获得的样品磁悬浮角度更大。

从实验现象上看，有些人觉得LK-99只是表现出“抗磁性”，有些人觉得已经验证了迈斯纳效应（完全抗磁）。不过严格来说这只能证明了LK-99“保底”是个抗磁性材料，是不是超导还有待进一步验证。

中国科学院物理研究所、北京国家凝聚态物理实验室发表了关于“LK-99”的论文。中科院物理所的论文复现了370K附近电阻跳变的现象，但没有观察到零电阻。并且提出这种类似“超导”的现象可能是硫化亚铜导致的。

结语

1、目前LK-99是否属于“常压室温超导材料”尚待更多的实验数据确认。

2、中科院物理所团队发表的论文整体上倾向于认为韩国团队的LK-99不是“超导”，并且给出了可信的理由。（硫化亚铜导致的结果）

3、出现“半悬浮现象”的并不一定是超导，也有可能只是“抗磁性”。

4、出现“电阻跳变”的并不一定是超导。

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