韩国室温超导这件事儿，越来越“ 热闹 ” 了……
来源： 科普中国 发布时间：2023-08-09
最近两周，不管懂不懂物理的人们都会在不同的社交平台和新闻上看到“室温超导”四个字，支持和反对该研究结果的两派人马同样也吵得不可开交，今天我们按时间线梳理一下“超导”和这次“室温超导”的来龙去脉。
背景介绍-超导是啥？
1908 年，荷兰物理学家海克·卡末林·昂尼斯（heike kamerlingh onnes）经过长期努力，终于完成了液氦的制备，给极低温度的物理实验提供了一把利器。
超导概念起源
超导体，字面上可理解成“超级导体”（superconductor），指在某一温度下，电阻为零的导体。在 1911 年，昂尼斯用液氦把汞冷却至 4.2 开尔文（k）时发现汞的电阻完全消失了，随后又在极低温下发现其他金属也变成超导体，他因此获得了1913年的诺贝尔物理学奖。
迈斯纳效应
迈斯纳效应，指的是超导体在磁场中会强烈排斥外磁场，出现完全抗磁性，即内部产生与外磁场完全抵消的磁场，导致体内磁感应强度为零。
这种抗磁性在许多超导体中可以被外磁场部分破坏，但进入体内的磁通线会被超导电子牢牢锁住。于是超导体对外磁场既有很强的排斥力，又有很强的吸引力。这种特殊的相互作用力可以克服重力效应，使得超导体既可以浮在磁铁上方，又能稳定悬挂在磁铁下方，实现极其稳定的磁悬浮。注1：开尔文和摄氏度换算关系：0 k= -273.15 ℃，即 20 ℃ 为 293.15 k。注2：外界磁场强度同样会影响超导材料是否处于超导态，此处指能让材料维持零电阻超导态的磁场强度范围。
综上，电阻为零和迈斯纳效应成了判定超导体的两个直接依据。
试想超导体若能实现大规模普及，人们生活将会有翻天覆地的变化。但目前的超导环境对人类生存来说多少有些过于严苛了，因此大量的科学家们将大量精力投入到了开发常温超导材料中。
超导发展史
下图简要总结了当前的超导发展史，我们也用文字的形式为大家解读这张图到底：
图片来源：罗会仟
在1911年至1932年期间，人们陆续发现了铅、锡、铌和其他金属在低温下也具有超导态，其中铌的超导临界温度最高，达到 9.2k。
在此基础上制备了一系列合金和金属氮化物，如铌锗合金（nb3ge），临界温度达到了23.2k。
1980年前，人们制备的超导体无法在40k 以上的温度保持超导性质。
1986年约翰内斯·贝德诺尔茨（johannes bednorz）和卡尔·米勒（karl muller）发现了镧钡铜氧系材料（la-ba-cu-o），临界温度可达 35k，揭开了超导材料探索的新篇（图中中间区域绿字部分），两位科学家也于1987年被授予诺贝尔物理学奖。注：颁奖间隔仅 10 个月，为诺奖历史第二快。
1987年，我国物理学家赵忠贤和华人物理学家朱经武发现了钇钡铜氧系材料（y-ba-cu-o），将超导温度提升至 90k 以上，进入液氮的温度范围。
后续科学家又发现了如铋锶钙铜氧系材料（bi-sr-ca-cu-o）、铊钡钙铜氧系材料（tl-ba-ca-cu-o）、汞钡钙铜氧系材料（hg-ba-ca-cu-o）等，将超导临界温度一点点提升至130k附近。其中，汞钡钙铜氧系材料（hg-ba-ca-cu-o）的气压和温度可以达到常压 134k。
21世纪后，2001年日本 akimitsu 团队发现了mgb2材料，临界温度为 39k，为二元金属化合物中最高。由于临界温度在液氢范围内，且原料来源丰富，目前国内外不少公司已将其投入实际生产。
2008 年，日本 hosono 团队首次发现铁基超导材料，开启了超导领域研究的“铁器时代”（图中右下角黄字部分）。
另一种逼近常温超导的方式是加压。如利用金刚石对顶砧加压，确实有论文研究实现了常温超导，同样由于环境过于严苛目前只存在理论价值（图中右上角红字部分）。
最新突破？
2020 年
著名科学期刊《自然》刊登了兰加·迪亚斯（ranga dias）的一篇论文，该论文宣称一种由碳、氢和硫元素构成的新材料可以实现室温超导（15℃，267gpa，约为 267 万个大气压），但后续因为众多质疑而被撤稿。
2023 年 3 月
这位迪亚斯又带来了更为重大的成果，同样又是室温超导，又是在《自然》上，这一回是氮-氢-镥材料，这次的条件是临界温度21℃ 和 1gpa，后同样因无法重复而备受质疑。
2023 年 7 月25 日
韩国团队在预印本网站 arxiv 平台上张贴两篇论文，声称发现常压室温超导材料 lk-99，在常压下其临界温度可超过 400k（126.85℃），引发了新一轮对常温超导的狂热追捧和美好畅想。
不仅超导材料的结果非常诱人，其制备过程也极为简单，绝大多数实验室条件均可制备，这也引发了国内外同行以及相关爱好者的结果复现热潮并在社交平台上直播或连载自己的实验进度。
2023 年 7 月28 日
论文作者之一的权英完（young-wan kwon）于韩国首尔的国际研讨会上宣布了本次室温超导研究成果，但现场没有展示样品。
南京大学闻海虎教授向彭湃科技表示：“凭我们的经验看，（目前论文公布的数据）不足以说明它是超导。” 值得一提的是，这位教授之前刚用数据实证反驳了迪亚斯的室温超导论文。
2023 年 7 月30 日
财联社报道，超导应用研究专家、上海市超导材料及系统工程研究中心主任洪智勇表示，凭我们的经验看，（目前论文公布的数据）不足以说明它是超导。
2023 年 7 月31 日
北航研究人员在 arxiv 上提交论文，表示所制备的样品与韩国团队一致，但无法检测到巨大抗磁性和磁悬浮现象，也不存在零电阻情况。
另一篇北航和中科院沈阳材料科学国家实验室的合作文章从理论分析了该材料实现超导的可能性。
同一天，美国劳伦斯伯克利国家实验室（lbnl）的理论研究论文显示，对 lk-99 进行密度泛函理论计划，表明该材料存在一种特殊结构具有实现超导的潜力。[11~12]
北航和中科院沈阳材料科学国家实验室的合作文章
美国劳伦斯伯克利国家实验室
2023 年 8 月1 日
bilibili 用户“关山口男子技师”上传了相关视频。视频中表示，华中科技大学材料学院博士后武浩和博士生杨丽，在常海欣教授的指导下，成功制备了 lk-99 样品，并首次成功复现该样品的抗磁性特征，视频中样品悬浮的角度比原作者论文中的样品更大。但目前只验证了迈斯纳效应，样品过小难以完成零电阻测定。
知乎用户“半导体与物理”更新了进展并上传了视频，同样表示具有论文中显示的抗磁性。
俄罗斯科学家艾里斯·亚历珊德拉（iris alexandra）成功制备出了具备常温抗磁性的 lk-99 晶体，而常温抗磁性正是超导晶体的标志之一，其结果在推特上发布。
随着复现结果的出现，国内外超导相关概念股暴涨。上海《第一财经》报道，美股超导概念股 8 月 1 日盘前暴涨，盘前一度上涨近150％，之后涨幅有所回落。中国股市的超导概念股同日也突然爆发，法尔胜直线拉升，迅速封上涨停。众多概念股纷纷跟涨，国缆检测 20% 涨停，精达股份、中孚实业、创新新材、百利电气等多只个股涨停。
2023 年 8 月3 日
bilibili 用户“科学调查局”，东南大学物理学院教授孙悦上传了视频，在成功制备样品后，在温度为 110k 以下时观察到了“零电阻”现象，虽然满足了超导要求但温度相差甚远，本人也声明该测量存在仪器精度的影响。
曲阜师范大学教授刘晓兵表示，测试结果发现 lk-99 在常温到50k范围内仍存在大的电阻值，测试过程中并没有出现电阻大幅度骤降或者零电阻，与“室温超导”所被期待的零电阻特性相差甚远。
韩联社报道，韩国低温超导学会组成的专家验证委员会称，lk-99 不是常温超导体。
财经信息方面，当天超导概念早盘大幅低开，中孚实业、精达股份、创新新材、金徽股份竞价跌停。截至 8 月 3 日收盘，曾在前一天涨停的中孚实业、法尔胜、百利电气三只个股中，中孚实业、法尔胜均收获跌停，百利电气则微涨 0.42%，不少公司公开称自身业务与超导材料无关。而在美国，前一日暴涨 60% 的美股美国超导则下跌近 30%。
2023 年 8 月 4 日
美国威廉玛丽大学教授金铉卓（huyntak kim，原论文作者之一）向《纽约时报》记者提供了第二段展示 lk-99 悬浮性的视频。悬浮形态与之前论文中类似，但同样未提及其他数据测定。[20]
时代周报的一篇文章称：“在论文预印本网站 arxiv 上搜索 7 月 22 日之后发布与 lk-99相关论文的作者和团队，有记者致电了包括上述3个团队在内的国内9个参与理论推演和实验验证的团队，均未得到电话和邮件回复，或被婉拒了采访请求。
2023 年 8 月5 日
抖音博主“炼丹师阿翔”发布一段视频，不仅表示可以复现 lk-99 的抗磁性，甚至可以做到完全悬浮，但视频中提及加入了一些其他化合物，目前该结果真伪和作者真实身份尚不明确。
相关推测
观点一：该材料存在优异的抗磁性，或者是弱的铁磁性，但跟实现室温超导都没有关系。
观点二：该材料确实具有室温超导特性，但目标产物在最终产物中占比非常低，且分布不均匀，导致其无法完全悬浮并测定出零电阻现象。
观点三：该材料也许不是人们心中完美的室温超导材料，但如同超导材料历史中的敲门人一样，为后续研究提供了良好的参考价值。
参考资料
[1] 大学物理学，张三慧编著，清华大学出版社
[2] “室温超导”概念股“退烧” 科学界复现实验“遇阻”|韩国|法尔胜|超导体|超导材料_网易订阅 (163.com)
[3]视频丨中国科学院牟刚：lk-99未得到充分证明 室温常压超导仍处于概念阶段 - 21财经 (21jingji.com)
（为方便审阅，本文引用、脚注等有改动）
作者丨heartson 材料工程师浙江大学材料学博士
审核丨罗会仟 中国科学院物理研究所 研究员
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