什么是解常温常压超导体？室温超导“热潮”已掀开

 

就在最近的一个月，曾风靡全球的ChatGPT热度随之下降；突然爆火的学术新话题“常温超导”则震惊了我们所有人。

韩国科研团队上传了两篇论文称，成功合成了世界上第一个室温常压超导体；

据悉，这种材料主要是改性铅磷灰石晶体结构（简称LK-99，一种掺杂铜的铅磷灰石）。

如今距离人类首次发现超导现象已经有100多年，因此室温超导总能引发公众狂热。

1911年，荷兰物理学家Heike Kamerlingh Onnes就已经发现，当温度降低至4.2K（约-268.95℃）时，浸泡在液氨里的金属汞的电阻会消失。

2020年，美国内华达大学的研究人员就称其开发出了一种室温超导材料，并成立了一家名为Unearthly Materials来进一步开发。

2023年3月份，来自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。

或许大多数人只知其一，不知其二。

首先，我们先来了解什么是解常温常压超导体？

它是指在低温条件下（通常是接近绝对零度），电阻完全消失的材料，电阻是导致能量损耗和热量产生的原因之一，而超导材料能够以零电阻的方式传导电流；这种特性使得超导材料在电力输送、磁场应用、粒子加速器、磁共振成像等领域具有重要的应用价值。

其中，超导材料的超导现象是由发现者之一荷兰物理学家海克·卡末林·奥斯特瑞格在1911年首次观察到的，超导材料通常需要冷却到非常低的温度，才能实现超导状态；但近年来，一些高温超导材料被发现，在相对较高的温度下（比液氮温度稍高）也能表现出超导性质，这为超导技术的发展和应用提供了更多可能性。

尤其，常温常压超导体最大亮点便是摆脱了极低温和超高压限制，韩国团队宣称新发现的LK-99，在常压和127℃的条件下，具备超导体的“零电阻”和“完全抗磁性”。

 

LK-99化学式写作

与此同时，LK-99是由铅磷灰石稍加变动的六方结构，引入了少量的铜，使其可以在127摄氏度以下表现出超导性：

室温超导体LK-99的独特之处在于其极高的临界温度，超过了摄氏30度；这意味着它可以在常温环境下实现零电阻传导电流，而无需额外的冷却设施，这一突破性的特性将彻底改变现有的能源输送和存储方式。

另外，室温超导体LK-99能够显著提高电力输送的效率。由于使用LK-99的电线几乎没有电阻，电力传输损失大大降低；这意味着能源可以更有效地从发电厂传输到消费者，减少了能源浪费和环境影响，此外，由于电线中的能量损失减少，也降低了电线过热引发火灾的风险。

其次，LK-99的应用还涉及到医学和科学领域。在核磁共振成像（MRI）等医疗设备中，室温超导体的使用将显著改善图像分辨率，并提高诊断的准确性；在科学研究中，它将推动实验设备的进一步发展，加快各个领域的创新。

除此之外，室温超导体LK-99也将对交通运输产生重大影响，其在电动车辆中的应用将使电池充电速度更快、行驶距离更远，从而提升电动车的实用性和普及度；且，LK-99的应用还有助于开发高速磁悬浮列车等新型交通工具，提高交通效率和舒适度。

图片来自：Google

值得一提的是：常温常压超导体被视为现代物理学的“圣杯”之一；若实验结果能够复现，无疑将在能源、交通、计算、医疗检测等诸多领域产生变革。

更高效的能源传输、转换与存储：超导材料利用零电阻的特性，可以无损耗地传输电力，使得能源传输效率、稳定性和可靠性极大提升。

更高速的交通方式：超导材料带来电能传输效率的提升和磁悬浮列车降低成本的可能，将直接影响高速交通方式变革。

更快的信息处理速度：超导材料在低温环境下具有高度的量子特性，可用于构建量子计算机，运算速度远超现有计算机，或将在信息处理领域带来巨大变革。

更先进的治疗手段：超导材料在医学领域具有广泛的应用，例如MRI、超导线圈等。常温常压下超导材料的出现，将为医疗设备的小型化和便携化提供可能，推动医疗技术的发展。

特别是针对半导体产业链而言，超导电阻的驱零性，可完美解决散热问题：

这时的功率应该取决于与非门最低驱动电流是多少，到时候电子元件可以做得更小，几乎可以忽略散热问题。

芯片设计解决了，封装自然也不能落下。

传统封装材料无法有效抑制芯片周围的电磁干扰，可能导致芯片性能下降。

而使用常温超导材料作为封装材料，可以提供更好的电磁屏蔽效果，减少外部电磁信号对芯片的干扰，提高芯片的工作稳定性和可靠性。

亚瑟·克拉克曾说过：“任何足够先进的科技，在大众眼里都与魔法无异”。

简单来说，这一颇具科幻色彩的技术，能在常温下让电子飞快通过，没有电阻，没有能量消耗，将颠覆现有电力系统。

发展至今，超导体的实际应用基本局限于磁悬浮等少数特定场景下，原因在于：它通常需要被冷却至极低温，且需要施加极高的压力才能成为超导态；此次韩国研究团队也提到，自昂内斯发现超导性以来，科学家们一直在寻找室温超导体。

时至今日，全球之所以对室温超导材料关注如此密切，正是因为这项技术一旦得到突破，将有可能彻底改变科学和技术的各方面。

审核编辑：刘清