室溫超導為何令全球科學界沸騰？
作者／ IT時報記者 毛宇
編輯／ 王昕 孫妍
7月22日，韓國量子能源研究中心公司相關研究團隊通過兩篇論文及視頻方式，聲稱在常壓條件下，合成了全球首個室溫常壓超導體，臨界溫度為127℃。一時間，引起全球科學界沸騰，掀起“復現潮”。
在此后的20多天時間里，學界、科普界人士對此不斷展開討論和分析，“超導”這個物理學概念自其誕生起迎來了最為高光的時刻。
近日，北京大學量子材料科學中心和國科大等單位發布的一篇論文表明：合成出來的與韓國團隊論文主成分一致的LK-99材料，不具備超導性。美國馬里蘭大學凝聚態物質理論中心（CMTC）也轉發了最新的研究，稱LK-99不是超導體，甚至在極低溫度下也不是，它只是一種電阻非常高的劣質材料。
室溫超導的熱度不減，持續在國內網站乃至全球火爆，引來全球網友熱議不斷。那么，日常生活中并不算觸手可及的超導材料究竟是什么？具體哪些應用可以惠及至人民群眾？而本次引起熱議的室溫超導對業界又會產生哪些影響？
《IT時報》記者對話國家級青年人才、上海大學理學院物理系教授尹鑫茂，一起走進超導的世界，探索超導的奧秘。
01 室溫常壓超導仍是一大難題
超導的理論基礎堅實可靠，但屬于常溫超導的春天也許還未來到，目前還沒有科研團隊真正復現出常溫超導，所以一切還需等待時間的檢驗。
《IT時報》：對于網上熱議的“超導事件”，您和物理學界人士是如何看待這一論文及數據的？
尹鑫茂：論文我有看過，我們系的上海市高溫超導重點實驗室也正在嘗試復現，但暫時還未能獲得超導性能。我本人主要是從事量子材料（包括超導材料）的光譜測量，所以我很希望能有新的超導材料出現并提供給我們來進行光譜學測量。對于這篇論文，我的感受是，其結論下得有點早、有點大了，其中提供的數據也比較粗糙。從以下兩點可以看出這篇論文的瑕疵。
我們所熟知的超導必須得滿足兩個條件。一是具有零電阻的特性，電阻要為0；二是具有完全抗磁性的特性，也就是邁斯納效應，這是一種體內磁感應強度為0的現象。兩者都具備才是超導材料。
但從這篇論文來看，數據還不夠充分。該團隊的零電阻測試較為粗糙，論文中的數據也與一般的超導體不同，并且LK-99沒有表現完全抗磁性，所以難以說明LK-99具有超導屬性。
像近期東南大學做的復現LK-99實驗，他們是在110K（-163.15℃）情況下觀測到零電阻現象的，但這與室溫相差還很多，其中也并未發現完全抗磁性。另外，近期全球實驗室的復現結果都暫未能證明LK-99具有室溫超導的屬性。
這篇論文一出，業內普遍都持懷疑態度。目前也還沒有科研團隊真正復現出來，所以還需等待時間的檢驗。
《IT時報》：我們一般人從物理書中，讀到過的通常是“低溫超導”，除此之外，還有“高溫超導”，那么在超導的世界里，究竟怎樣的溫度會被定義為“低溫”或“高溫”？
尹鑫茂：超導其實就是材料在某一溫度下，電阻為零的狀態。目前全球已經發現了很多超導材料，一般可以分為我們較為熟知的高溫超導和低溫超導體。像前面提到過的110K（-163.15℃），就屬于高溫超導范疇。
這里對于高溫和低溫的定義可以從兩方面來看，一種是從現有物理理論來看，常壓下超導轉變溫度存在一個約為40K(約零下233℃)的上限(McMillan極限)，超過40K的是高溫超導，這類材料主要包括鑭系元素和銅氧化物等復合材料；低于40K的為低溫超導，低溫超導會更接近0K，這類材料主要包括鐵、鎘、汞等金屬元素和化合物材料。
還有一種是從應用的角度來看，高溫超導應用多是搭配液氮一起使用，超過液氮沸點溫度的為高溫超導，低于它的為低溫超導，這多作為行業應用時的常用判斷依據。
《IT時報》：近10年，頻繁有類似室溫超導材料被發現的論文或研究出現，什么原因讓室溫超導成為競相追捧的寵兒？
尹鑫茂：如果室溫常壓超導被發現，那么將會引起下一次的工業革命，目前高溫超導和低溫超導都暫時無法做到真正的廣泛普及和民用。
其實，普通的低溫超導材料采購價格并不高，制作工藝也相對成熟，但是它們在使用時需要在液氦維持的低溫環境下。另外，想要推廣低溫超導，維護成本也較高。
高溫超導也是一樣，零下100多℃的條件雖然比低溫超導更容易實現，但是高溫超導材料的采購成本高于低溫超導材料，也需要搭配液氮才可以投入使用，維護成本加上材料成本，也導致其暫時難以被廣泛民用。
無論從經濟效益，還是社會效應上來看，一旦有在室溫下可以應用的超導材料出現，絕對是一件轟動全球的事情。可以推動多個領域大力發展，如能源、醫療、交通和人工智能等領域。
室溫超導材料應該是存在的，只是到現在還沒有被發現。所以近10年來，在室溫超導領域會不斷涌現新發現，只是目前還沒有被科學證實。
《IT時報》：有人認為1957年美國三大科學家提出的BCS理論（一種描述超導體性質的理論）可能是有誤的，否則為何這么久過去，室溫超導仍難以實現。這個說法您怎么看？
尹鑫茂：BCS理論本身沒有問題。在過去的幾十年里，BCS理論多次證實了一些常規超導特性的存在。超導機制也因材料而異，雖然BCS理論不能解釋所有的超導材料，但這并不能說明BCS理論是錯誤的。
02 超導于普通人并非遙不可及
超導確實不是一個顯性化的科學概念，這讓老百姓很難輕易理解。如果你曾經坐過地表最快的磁懸浮列車，或者躺進過醫院里的核磁共振機器，那么可以說，你曾與超導“親密接觸”過了。
《IT時報》：超導話題第一次離我們這么近，那么其在生活中與老百姓遙遠嗎？
尹鑫茂：超導被最多應用于與電磁相關專業，包括強電和弱電應用。主要依靠其零電阻的特性，對節能有很大的幫助。例如，上海市徐匯區2022年建立的“35千伏公里級超導電纜工程”，我們上海市高溫超導重點實驗室也參與了該項目，積極配合相關工作單位。
如果將高溫超導應用在大型工業園區內，可以實現通電快、低損耗的效果，最直觀的感受就是工業用電成本減少，一天節省上幾千元電費是可以做到的。如果將其應用到居民家中，其節能效應暫時就沒有那么顯性化，老百姓的感知不會那么強烈。
醫療行業中的高精密檢測儀器也是超導的典型應用，例如核磁共振、檢測癌癥、基因檢測的一些儀器中，都會應用到低溫超導。由于儀器里需要的液氦量不大，所以成本在可控范圍內，這有助于超導在醫療行業的發展。
除此之外，在科研領域的一些大型設備、儀器中，在磁懸浮列車上，都有超導的相關應用，特別是磁懸浮列車，不少人都比較了解，甚至體驗過，其體現了超導的完全抗磁性。
《IT時報》：站在普通人的角度，拋開學術級的專業概念，我們該如何看待超導現象？
尹鑫茂：其實超導已有一百多年的歷史了，高溫超導也有30多年的歷史，雖然沒有被廣泛普及應用，但并不算完全新鮮的事，這次的室溫超導話題能引起這么大關注很出人意料。從中可以看出網絡時代，信息傳遞得飛快，民眾也很期待科技新變革的到來。
從普通民眾層面上來看，超導還是一個概念，在日常生活中很難直觀感受到。對部分民眾來說，他們對近期波動的股票等相關投資產品也許更有感觸。
03 室溫超導能讓ChatGPT更“聰明”
即便當下超導概念再火，在尹鑫茂看來，超導的普及之路還頗為漫長，從理論到實際，這個時間至少需要十多年。
《IT時報》：在您看來，超導的應用普及還需要多久？
尹鑫茂：以電磁領域為例，超導應用到其中需要大量液氮，但通電時電纜的鋪設是銜接起來的，非常長，而液氮不能裸露在空氣中，這就需要密封材料將其包裹。再加上后期的維護和檢測等成本，致使超導的普及存在客觀挑戰。
超導體從發現到應用再到普及，并不是一個短時間可以實現的事情。在我看來，即使室溫超導被證實真實存在，其普及至少還需要10～20年的時間。
《IT時報》：室溫超導如果被發現，是否可以快速推進普及應用呢？
尹鑫茂：如果室溫超導被發現了，以上說到的高溫超導和低溫超導應用時所需的復雜條件就都不存在了。在室溫常壓的情況下，就可以直接應用超導，成本將大大降低。
前段時間大火的ChatGPT等人工智能領域 ，如果室溫常壓超導能夠運用進去，現有設備的運算量將會立刻上一個等級。量子計算也是一樣，可以實現更高的海量算力。在可控核聚變領域，可以大力推動能源應用，例如發射衛星火箭，可控核聚變可以提供巨大的能量輔助發射，就無需在火箭內堆放過多的燃料，節省空間的同時也能減少環境污染。
所以，室溫超導一旦被真正發現，將會推動諸多行業發展，同時也會使人類文明邁進一大步。
排版／ 季嘉穎
圖片／ 采訪對象 東方IC
來源／《IT時報》公眾號vittimes
