人类新纪元or新闹剧？韩国研究团队2.5小时内连发两篇室温超导论文

电子发烧友网报道（文/吴子鹏）室温超导，即在室温条件下实现的超导现象。超导现象最初是在接近绝对零度的极低温度下观察到的，大多数超导体也仅在接近绝对零度的温度下工作。2022年，在Nature 期刊编辑委员会撤回极压碳质硫氢化物在267 GPa下的临界转变温度为+15℃的报道之后，目前超导最高温度由高压下的氢化镧保持，2019年美德两国科学家组成的研究小组实验证实，高压下的氢化镧在-23℃下中具有超导性。

 

不过，近几天全球超导圈子又热闹了起来，韩国量子能源研究中心（Q-centre ）、高丽大学等团队的研究人员在不到2.5小时内连续提交了两篇室温超导论文，提交时间分别为7月22日7时51分和7月22日10时11分。两篇文章作者人数不同，但有两位重合。

 

这一次韩国研究团队似乎非常自信，他们认为，“我们相信，我们的新进展将是开启人类新纪元的全新历史事件”。

 

韩国版室温常压超导

韩国团队的两篇论文发布在预印本网站arXiv上，尚未经同行评议，目前也尚不清楚这些研究成果是否会已提交给期刊进行同行评议。即便如此，这两篇论文还是引起全球科技界的广泛关注。

 

图源：arXiv

 

韩国团队在论文中指出，他们发现了全球首个室温超导材料——改性铅磷灰石晶体结构，命名为LK-99，能够在127℃(Tc≥400k)以下表现为超导体。论文中被争论最多的是，LK-99的临界温度（Tc）为127℃，并且是在常压条件下，这意味着这种材料可以很容易在地球上的所有环境中使用。

 

这是一个非常大的研究跨越，要知道在此之前，硫化氢需要在150万个大气压、大约-73℃下保持超导性；氢化镧需要在170万个大气压、大约-23℃下保持超导性。无论是温度还是气压条件，和我们现在谈论的室温常压超导都有着巨大的差距。

 

也就是说，韩国团队不仅是取得了突破，而且将超导体的最高临界温度一下子提高了近150℃。

 

根据论文的描述，该团队把多种含铅、铜和磷的材料经过一定组合后分别混合加热，制备得到一种掺杂铜的铅-磷灰石晶体，即LK-99。具体的制备过程包括以下三步：

·第一步：将氧化铅和硫酸铅粉末在陶瓷坩埚中以各50%的比例均匀混合，混合粉末在725℃的炉中加热24小时发生化学反应。

·第二步：将铜和铅粉末按比例在坩埚中混合，合成磷化亚铜，让混合后的粉末处于相应的真空封管状态下，然后置于炉内550℃加热48小时。

·第三步：将上述两步所得物质磨成粉末，并在坩埚中混合，再将混合粉末真空封管，在925℃的炉内加热5至20小时。

 

图源：韩国团队论文

 

然后，他们通过实验来测量LK-99的物理特性。实验结果表明，在127℃以下，给LK-99施加电流，在一定的电流范围内电压都基本为零，表现出了零电阻的特性。韩国团队认为，LK-99中之所以会出现这种超导情况，是由微小的体积收缩（0.48%）导致的结构形变引起的。研究团队认为，正是这种结构的影响，导致了这种新材料非凡的超导性，而非温度和压力等外部因素。

 

图源：韩国团队论文

 

当然，这项研究目前还有很多需要验证的地方。比如，第一篇论文的作者们就写到，到目前为止，超导性与材料结构变化之间的关系还没有得到很好的阐明。同时，业内人士也强调，在科学上被广泛接受和认可前，还需要同行进一步严格和独立的验证。尤其是，科学界需要将这一成果复现出来。

 

韩国研究团队表示，他们理解外界对其研究成果的质疑，也支持任何想自行制备并测试LK-99超导性的人。

 

虽然韩国团队的论文发布不久，不过确实已经有人着手开始验证了。比如在国内的知乎平台上，就已经有答主开始动手复现材料了。知乎答主“半导体与物理”表示，他们小组已经开始做试验了。对此，网友纷纷表示，期待复现的结果。

 

确实，在韩国团队发布论文之前，就已经有室温超导项目被“打假”。今年3月8日，美国罗切斯特大学的物理学家 Ranga Dias及其团队在全球顶级科研期刊《Nature》上发表了题为“Evidence of near-ambient superconductivity in a N-doped lutetium hydride”的研究论文。Dias团队声称在氮掺杂氢化镥（nitrogen-doped lutetium hydride, NDLH）体系中实现了近室温超导（Tc= 294 K, 21 ℃）。

 

随后不久，南京大学固体微结构国家重点实验室闻海虎教授领导的科研团队直接否定美国罗彻斯特大学Ranga Dias团队关于“室温超导”的最新研究结果。

 

闻海虎教授团队指出，零电阻行为和完全抗磁性并没有被成功复现，这表明在该生长条件下的同种材料LuH2±xNy，在低于40.1 GPa 的压力下，并不存在近室温超导。

 

人类对室温超导的企盼

超导有很多奇特的特性，比如电阻为0，完全抗磁性等。人类第一次发现超导是在1911年， Heike Kamer-Onnes在温度4.2K（-268.97℃）时用液氦冷却汞时发现汞的电阻为零，发现了超导电性规律。随后的1933年，菲尔德和迈斯纳发现超导体冷却达到转变温度时，不仅电阻完全消失，还会出现抗磁性。

 

一个多世纪以来，人们对于超导的研究一直在持续。并且，过去很多年里美日的研究团队一直都处于领先的位置，日本在1988年实现液氮温区超导体，临界温度为-165.15℃。过去的一个世纪里，大概有10位科学家凭借在超导领域的研究获得了诺贝尔奖。

 

21世纪，超导材料被各国定义为国家级战略材料，在电力、航天、计算机、核物理等方面有重要的应用，应用案例包括粒子加速器里的超导磁体，电力行业里面的超导电缆，用于风力发电的超导电机，还有我们熟悉的磁悬浮等。并且，在近来大热的量子计算领域，超导材料也是重要材料，可以用于制备超导量子干涉仪。不过，目前前沿应用还是用的常规超导材料，包括低温超导和高温超导，不过都需要液氦或液氮作为辅助温度条件。

 

室温超导是科学家一直追逐的目标，如果可以研究出常温超导材料。那么，超导材料的应用将遍布每一个用电的领域，给全社会带来颠覆性的改变。想象一下，在常压和室温条件下，超导体就可以用零电阻传输电流，这无疑是一场意义非凡的能源革命。

 

不过，室温超导即便在复现之后也面临着量产的问题，目前探索室温超导所用到的铜、银、钇、钇铜氧等材料价格昂贵，并且超导电流密度仍然较低，这些都是需要进一步研究的地方。

 

写在最后

每一次室温超导的突破都会引起全球范围内的广泛关注，一个重要的原因就是，各个战略重点领域以及国计民生领域都能够受益于室温超导，这是一个普惠全社会的能源革命技术，可以说是开启了人类社会的新纪元。不过，室温超导已经有了被打假的案例，希望韩国研究团队走出的这一步是坚实的。