复现即锁定诺贝尔奖？韩国造出世界首个室温超导体！

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室温超导技术领域又传了一个重大突破，竟然还是在“常压”状态下实现的。

近日，韩国三位科学家，张贴了两篇关于“首个室温常压超导体”的论文在arXiv（一个收录了物理学、计算机科学、数学、量子生命科学、定量金融等多个学科领域论文的在线科学预印本存储库），引发了科学界的探讨。

实现室温常压超导究竟意味着什么？

通俗点来说，如果实现室温常压超导，那么人们就能实现几乎完全无损的能量传输，利用电能将会获得更多更巨大的能量。再往深了说，可以直接解决全球能耗危机！

反正网友们看到这先炸锅了。有网友表示：“这可太疯狂了。我对于这些科学研究通常都持怀疑态度，但这一次，似乎是可信的。接下来，就等着看实验结果能否复现了……”

有网友开玩笑称：“如果真的能复现，别说诺贝尔奖了，让诺贝尔本人来颁奖都不为过。”

也有网友坚定的相信：“那些80年代中期的高温超导体现在都已大规模生产，用于核磁共振和聚变初创公司。我不认为所有的超导体突破都需要40年，理由很充分，行业引导、市场发现等都已完成。”

此外，还有网友表示，论文中已经给出了比较详细的合成方法，条件也不苛刻，只要等其他实验室复现即可。

01.

首个室温常压超导体——LK-99

论文第一句就提到：“我们在世界上首次成功合成了具有改性铅磷灰石（LK-99）结构的室温超导体（Tc ≥ 400K，127 oC）。通过临界温度（Tc）、零电阻率、临界电流（Ic）、临界磁场（Hc）和迈斯纳效应证明了LK-99的超导性。”

（材料在磁铁上悬浮）

在论文中显示，LK-99长这样，呈现灰黑色。

据悉，LK-99的超导性源于轻微的体积收缩（0.48％）引起的微小结构畸变，而不是温度、压力等外界因素。

那么这一体积收缩率0.48％是如何得到的呢？据悉，上图是科学家将LK-99与QualX2.0软件匹配的结果，并使用VESTA软件的模拟数据进行了验证，VESTA软件使用结晶学开放数据库来执行搜索匹配操作，说明LK-99是多晶的。

主峰与铅磷灰石结构很好地匹配，并且还显示出少量的Cu2S杂质。原始铅磷灰石的晶系为六方晶系（P63/m,176 ），晶胞参数a＝9.865，c＝7.431。然而，与铅磷灰石相比，LK-99显示出轻微的收缩，参数a＝9.843，c＝7.428，因此得出LK-99的体积缩减率为0.48％。

此外，论文中还引述了在临界温度（Tc）、零电阻率、临界电流（Ic）、临界磁场（Hc）和迈斯纳效应下，都可以证明LK－99的超导性。

图1（a） 显示了不同温度（298K－398K）下的测量电压与施加电流；图1（b） 为LK－99薄膜的零电阻率；图1（c） 显示了外加电流对外加磁场（H）的依赖关系；图1（e）和（f）中，显示了在400K和3000Oe以上的情况下，临界电流值仍未为零（7 mA）

可以看到，LK-99具有三维网络结构，是一个被绝缘四面体结构包围的圆柱形柱。据悉，研究人员通过收缩材料的内部结构来实现超导。论文中进一步介绍到，这种体积收缩是用铜离子取代了引起的应力传递到圆柱体列的铅离子，导致圆柱界面的变形，这在界面中产生超导量子阱。

超导量子阱是一种人工制备的薄膜纳米结构，它利用量子约束效应产生量子化的能级，从而提高超导转变温度。然后研究人员通过热容实验，也就是在389K（约125℃）下进行试验，出现了电压等于0的情况，由此认为在这一条件下电阻等于0，确认LK-99具备室温常压超导能力。

除了各项理论依据以外，作者还上传了一段视频，记录下了材料在磁铁上悬浮的情况：

02.

上一个被打脸的是美国

实际上，关于室温超导的话题在今年3月就掀起过一阵波澜，美国罗切斯特大学的物理学家Ranga Dias声称自己在21℃条件下实现了室温超导，由氢（99％）、氮（1％）和纯镥制成的材料LNH在21°C、1GPa条件下就实现了超导状态。

美国罗切斯特大学研究出来的这种超导体由氢、氮和钚组成，材料是在金刚石压砧中创造出来的。

在约21摄氏度的温度条件下，这种材料似乎失去了任何对电流的阻力。不过，实现超导仍然需要10千巴的压力，这大约是大气层压力的1万倍。但是，相比于室温超导体通常所需的数百万个大气压，这已经远远低于预期。如果这项研究的结果得到证实，这将使这种材料更有希望应用于现实世界。

虽然论文发表之初让业界震惊了好一会儿，但人们发现Ranga Dias的研究团队在2020年10月发表了一篇类似的论文，而上一篇论文备受争议的原因在于，实验结果一直未能被同行成功复现，编辑认为其数据处理中存在违规行为，因此最终导致《自然》杂志撤稿。

对比上次“闹剧”，这次实验中Ranga Dias团队的数据更漂亮，可在约1万个大气压下、21℃室温中实现超导。

但有人对其实验数据提出质疑，认为原始数据根本不支持判定样品实现了超导电性，而论文中采用的电阻数据是依靠不合理地剔除了某一曲线才得到的“超导相变”；另一有关数据也是采用了此前被撤稿论文的相同方法——扣除了一个奇怪的背景，而且这个背景在相同样品的不同测量下还差异极大。

03.

室温超导引发第四次工业革命？

众所周知，超导体又称为超导材料，指在某一温度下，电阻为零的导体。超导体不仅具有零电阻的特性，另一个重要特征是完全抗磁性。

人类最初发现超导体是在1911年，这一年荷兰科学家海克·卡末林·昂内斯（Heike Kamerlingh Onnes）等人发现，汞在极低的温度下，其电阻消失，呈超导状态。

此后超导体的研究日趋深入，一方面，多种具有实用潜力的超导材料被发现，另一方面，对超导机理的研究也有一定进展。

人们为什么需要超导材料？

首先，常压室温超导材料将极大地提高电力传输的效率。传统的超导体需要在极低的温度下才能工作，这使得其在实际应用中的局限性很大。而常压室温超导材料则可以在更广泛的温度范围内工作，从而大大提高电力传输设备的效率。

其次，常压室温超导材料有望推动可再生能源的发展。在太阳能和风能等可再生能源中，能量的转化效率受到电网传输损耗的影响。如果有了常压室温超导材料，我们就可以使用更高效的电力传输设备来接收和储存这些能源，从而进一步提高可再生能源的利用率。 

常压室温超导材料能够实现无电阻传输，从而提高能源传输的效率，减少能源损耗。此外，常压室温超导材料还可以用于制造更高效、更精准的医学成像设备，如磁共振成像。同时，常压室温超导材料也可以用于制造更快、更高效的磁悬浮列车，提高交通运输的速度和能源效率。

此外，常压室温超导材料的实现还将为科学研究提供巨大的推动力，促进更高能量粒子加速器、更强大的磁场、更高效的能源储存等领域的研究。常压室温超导材料的实现还将用于制造高速、高密度的超导存储器和超导逻辑电路，提高计算机和数据中心的性能和效率。

不仅如此，常压室温超导材料还可以用于量子计算和量子通信领域，推动量子技术的发展。 

总之，常压室温超导材料作为未来发展的关键领域，具有广泛的应用前景和巨大的市场潜力，可能会对能源传输和磁悬浮技术等领域带来革命性的变革，但它是否能够被称为“第四次工业革命”，还需要进一步的研究和开发才能实现实际应用。

04.

让子弹再飞一会儿

不过，由于之前室温超导领域的闹剧太多，这回业界对此也抱有半信半疑的态度。

此次韩国研究团队成功地开发出可在实际条件下使用的超导体，这是室温超导体研究领域的重大进展，有望改变超导材料在实际应用领域的前景。如果这项研究的结果得到证实，将会是人类科技发展的重大突破，对于未来实现可控核聚变发电，或许指日可待。

如果真的有其他科研团队能够复现这个结果，韩国研究团队也可以直接预定今年的诺贝尔奖了。但在复现实验结果出现之前，谁也不敢妄下定论，所以这究竟是人类文明发展史上的一大步，还是又一次乌龙事故呢？还是让子弹再飞一会儿吧……

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