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

 

　　7月22日，韓國量子能源研究所等機構的研究人員在預印本網(wǎng)站arXiv上發(fā)表論文說(shuō)，他們合成的“LK-99”材料具備超導性，超導臨界溫度在127攝氏度左右，而且在常壓下就具備超導性。“LK-99”是一種改性鉛磷灰石晶體結構。韓國研究團隊將幾種含有鉛、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小時(shí)，粉末發(fā)生化學(xué)反應后得到一種摻雜銅的鉛磷灰石晶體。

 

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

 

　　科學(xué)界追尋的目標

 

　　各類(lèi)材料在常溫下都具有一定的電阻。當電子從材料的一端流到另一端時(shí)，它們不斷碰撞并減速，類(lèi)似于風(fēng)吹過(guò)樹(shù)葉時(shí)空氣的減速。1911年，荷蘭物理學(xué)家?？?middot;卡麥林·昂內斯發(fā)現汞在約4開(kāi)爾文（絕對零度以上4攝氏度，即約零下269攝氏度）時(shí)電阻急劇下降，進(jìn)入一種電阻小到實(shí)際上測不出來(lái)的新?tīng)顟B(tài)。他把汞的這一新?tīng)顟B(tài)稱(chēng)為超導態(tài)。昂內斯也因為發(fā)現超導現象獲得1913年諾貝爾物理學(xué)獎。

 

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

 

　　迄今為止，已發(fā)現數十種金屬元素——鉛、汞、鈮、錫及其合金在冷卻到接近絕對零度時(shí)會(huì )變成超導體。但這些材料實(shí)現超導條件苛刻，即便所謂“高溫超導體”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(wú)法實(shí)用。目前已確認的世界紀錄，是美國和德國科研人員以氫化鑭材料在250開(kāi)爾文（約零下23攝氏度）還需約100萬(wàn)倍大氣壓的極端高壓實(shí)現超導。

 

　　如果有一種材料能在接近室溫和常壓條件下實(shí)現超導，勢必給世界帶來(lái)革命性的突破。例如，計算機芯片可以運行更快能耗更低、電網(wǎng)可以接近無(wú)損耗輸電、高速磁懸浮列車(chē)可能很快投入實(shí)用……因此，近幾十年來(lái)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(chēng)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(jiǎn)單和廉價(jià)，而過(guò)去科學(xué)界往往在稀有金屬元素的方向尋求突破。一旦得到驗證并解明其機理，它可能很快接近實(shí)用。

 

　　是否突破還需驗證

 

　　不過(guò)“LK-99”不是首個(gè)宣稱(chēng)實(shí)現室溫超導的材料，過(guò)去也曾有研究人員宣布“重大突破”，但迄今未驗證和復現成功。

 

　　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攝氏度下表現出超導性能，成為電阻為零的超導體，但該論文去年被撤回。今年3月8日，迪亞斯團隊又一篇論文發(fā)表在《自然》網(wǎng)站，論文稱(chēng)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(wàn)倍大氣壓）的壓力下表現出超導性能，迄今也有多個(gè)團隊報告不能復現其成果。

 

　　“LK-99”又會(huì )如何？因為其制備和驗證相對簡(jiǎn)單，目前已有包括中國在內的多國科研團隊都在嘗試復現。

 

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

 

　　《自然》雜志網(wǎng)站4日報道說(shuō)，印度國家物理實(shí)驗室和中國北京航空航天大學(xué)的團隊開(kāi)展的兩項獨立的實(shí)驗合成了“LK-99”，但沒(méi)有觀(guān)察到超導的跡象。中國東南大學(xué)的研究人員開(kāi)展的實(shí)驗沒(méi)有發(fā)現邁斯納效應，但在零下163攝氏度下測得“LK-99”的電阻接近于零，該溫度遠低于室溫，對于超導體來(lái)說(shuō)卻很高。文章指出，“LK-99 ”結構的不確定性限制了研究人員從理論計算中得出結論。

 

　　韓國超導和低溫學(xué)會(huì )“LK-99”驗證委員會(huì )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，不足以證明“LK-99”是室溫超導體。

 

　　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(shuō)，實(shí)現室溫超導，需要在理解超導背后的基本原理、發(fā)明新材料或發(fā)現提高臨界溫度的新方法方面取得突破。“LK-99”是突破還是“烏龍”，首先需要科研人員復現。目前來(lái)看，室溫超導領(lǐng)域出現重大進(jìn)展恐怕還需時(shí)日。