就算室溫超導復現不成功，多些期待總是好的

文｜賀幹明

編輯｜程曼祺 龔方毅

一隊韓國學者發布兩篇論文，宣布物理學領域重大突破，世界震動之余又將信將疑。一些同行試圖通過重復實驗或計算驗證可行性，也有一些學者提醒公衆別激動得太早。如今復現實驗有了新進展 —— 整體不樂觀，不過出現了積極的證據 —— 學界還在疑惑，資本市場已被點燃。

這就是過去十多天圍繞室溫超導突破的所發生的一系列事。

“往小了說是諾獎的工作，往大了說這是改變人類發展進程的研究。” 東南大學物理學院教授孫悅告訴《晚點 LatePost》，他從事超導研究十多年，經歷過四五次類似的室溫超導突破 “烏龍事件”，這次依然迅速跟進復現，“室溫超導的突破實在太重要了”。

這大概也解釋了爲什么鮮有科學研究會像室溫超導這樣，一次又一次有研究團隊宣布取得重大突破，但很快又因爲其他團隊無法復現成果被拋在一旁。可是只要再有研究團隊宣布新突破，仍會引發關注和跟進。

當韓國科學技術研究院在 7 月 22 日用相對完善的材料制作步驟、實驗數據和部分磁懸浮視頻，宣稱能在特定的室溫常壓環境中讓一種名爲 LK-99 的材料實現超導時，人們的期待值再次被拉滿。

那些投入資源試圖復現研究的團隊，主要期待能在 127C 以下的室溫常壓中，檢測出樣品同時存在兩種特性。

零電阻。就好比有一條河，水在河裏流動會遇到石頭、樹枝等障礙物，就像電流在導线中流動會遇到電阻。河裏的障礙會讓水流速度變慢並產生渦流，同樣，電阻也會讓電流變慢並產生熱量，這意味着電能會損耗。而超導體中電阻會消失。

完全抗磁性。普通的材料放進磁場中，磁力线通常會穿過它們。但超導體能完全把磁力线彈开。如果你在磁鐵上放一個超導體，超導體會被推开並懸浮在空中。超導體隔絕磁場的時候，也讓外部的磁場變得更強，幾乎沒有能量損耗。因此超導體通常被拿來做超級磁鐵。

憑借超導體零點阻、抗磁性的特性，科學家們造出了核磁共振儀器，並有效推進了可控核聚變、量子計算機等前沿技術研究。現在想讓這一切發揮作用得花費巨大成本創造極低溫（-269 C~-196C）的環境。醫院的核磁共振儀裏灌着售價數十萬的液氦，維持極低溫，隔幾個月還要定期補充；超導量子計算機僅降溫設備就得花幾百萬甚至上千萬元。 

如果室溫超導能成真且大規模推廣，就能使超導材料和應用不再昂貴，同時使一些現在的不可能成爲可能。從建設更有效率的電網，到讓更多病人用上便宜的核磁共振檢查，讓時速 600 公裏甚至更快的磁懸浮列車可能會像高鐵一樣普及，可控核聚變、量子計算機的开發難度會隨之下降。

樣品沒復現超導特性，計算模擬顯示 “可行”

過去這一周，孫悅教授和他的團隊成員只能在實驗間隙短暫休息下。從看到韓國團隊的論文开始，他們便行動起來，採購材料、按照韓國研究團隊公布的實驗細節復現研究，忙的時候一天要工作超過 20 個小時。

“論文中還是會有前後矛盾和模糊不清的地方，比如 ‘前驅物’ 燒結（一種材料加工方法），开始論文中稱在空氣中，但配圖裏展示的是真空；按照他們給出銅和磷元素配比，無法做出來前驅物。” 孫悅說。

他們憑借過往的研究經驗，在模糊的地方做了不同嘗試，兩兩組合了 3 對設置，包括不同燒結環境（真空或有空氣）、兩種不同材料配比和兩種不同的燒結時間（10 小時或 20 小時），最終做出了 8 個樣品，借助 “X 射线衍射” 分析後發現，“結構與韓國團隊基本完全一致”。

遺憾的是，他們沒能發現樣品是超導體的跡象——幾乎沒有抗磁性，更不用說懸浮了。北京航空航天大學材料科學與工程學院、印度國家物理實驗室等團隊得出的結論與孫悅團隊類似。

但有一些團隊，比如華中科技大學材料學院的團隊復現取得了一些進展。其團隊成員 8 月 1 日在 B 站上發布的視頻顯示，當用一塊磁鐵從下方接近樣品材料，它會 “立起來”，展現出了與 LK-99（摻雜銅的鉛磷灰石） 類似的抗磁性特徵。

但這種特徵並不能確定它是不是超導材料。視頻裏也沒有呈現電阻測試的結果。“只有一片幾十微米大小的樣品，測電阻會破壞樣品，正在做新一批樣品。” 華中科技大學的研究者說。

直接燒樣品做復現之外，另有一些研究者用超級計算機模擬，看新材料爲室溫超導體的可能性。同樣是在 8 月 1 日，美國勞倫斯伯克利國家實驗室的研究人員西尼德·格裏芬（Sinad M. Griffin）在 arXiv 上發布論文，聲稱用美國能源部的超算對 LK-99 材料模擬運算，認爲它具備現實世界中室溫超導材料具備的性質。

現在還沒有團隊真正復現出韓國團隊宣稱能實現室溫超導的材料。科學家們的質疑聲同樣此起彼伏，認爲韓國團隊做出來的可能只是 “室溫環境下具備微弱抗磁性的材料，並不是超導體”。

但這一次針對韓國團隊研究的復現與此前幾次室溫超導研究相比，情況已經好了一點。這種微妙的變化也讓資本市場興奮起來，A 股市場多支超導概念股票連續兩天漲停，美股美國超導一天漲了 60%。

韓國的研究者還在增加更多實驗過程的信息，他們接受採訪時提到實驗過程中石英管破裂的情況。“高溫氧氣什么時候進入？會不會有催化作用？” 一位清華大學物理系教授認爲這些因素可能會直接影響樣品燒結的過程。

新的信息出現，新一輪的復現研究也在繼續。針對石英管破裂的信息，孫悅還會繼續調整試驗過程，比如在燒結樣品時的不同階段加入氧氣、空氣，模擬破裂造成的影響。他也在考慮嘗試不同的冷卻方式，第一輪燒結 8 個樣品時，他們選擇讓樣品慢慢冷卻，之後可能會嘗試在高溫時直接淬火，這可能也會影響樣品的特性。

關於韓國這項室溫超導研究還有一個變量來自研究團隊本身。該研究的主要作者之一李碩裴（Sukbae Lee）接受韓聯社採訪時稱，研究團隊其實尚未准備好發表論文，是同事未經其他作者同意下擅自發布，團隊目前正向 arXiv 要求下架論文。截至發稿，該論文尚未下架。

一個希望和失望反復上演的領域

1911 年，荷蘭物理學家海克·卡默林·翁內斯（Heike Kamerlingh Onnes）借助 −269 C 的液氦發現超導這個神奇現象後，研究者們就开始用極低溫這個 “工具” 挨個實驗元素周期表上的材料，發現只要溫度夠低，大多數元素都能超導，而且具備物理學家瓦爾特·邁斯納（Walther Meissner）等人在 1933 年發現的抗磁性特徵。

但很快瓶頸就出現了，研究者們意識到，他們發現的材料實現超導的最高溫度都在 -243C 以下。就像現在許多研究者宣布找到了室溫超導材料一樣，當時有不同的研究團隊宣布找到了臨界溫度更高的超導材料，但也難以被復現。

-243C 成了當時科學家普遍認爲的極限，它像一張玻璃穹頂籠罩着行業，使許多研究人員認爲此路不通，甚至轉行，超導研究一度陷入低谷。

直到 1986 年，人類發現超導現象 75 年後，IBM 的研究人員格奧爾格·貝德諾茲（Georg Bednorz）等人靠陶瓷材料打破了超導的溫度限制，开啓了 “高溫超導” 研究時代。

所謂的高溫超導其實也只是相對 “高溫”，這些超導材料需要的最高溫度仍在零下 -196 C。但近 50 度的溫度差帶來了一大好處，超導材料的冷卻工具變成了液氮，它比最初用作冷卻超導材料的液氦便宜了超 90%。

這次突破的更大意義還在於，它打破了研究人員心中的自我設限，使更多人敢於追逐比高溫超導更有野心的目標：“室溫” 超導體。

室溫又比 “高溫” 的溫度範圍高了一大截，它指地球上的正常環境區間，行業通常默認是 27℃ 。最近這十多年，多個實驗團隊宣稱實現了室溫超導，甚至還有研究者和團隊發現了兩次：

2016 年，德國萊比錫大學的一個團隊在《新物理學報》（New Journal of Physics）上發表論文，稱在巴西的一個石墨礦裏找到了室溫超導體。

2018 年，印度科學理工學院的一個團隊在 arXiv 上發布論文，宣稱發現了室溫超導材料，並公布了一些實驗數據。

2020 年、2023 年，羅切斯特大學物理學教授蘭加·迪亞斯（Ranga Dias）兩次在《自然》（Nature）上發表論文，宣布找到了室溫超導材料，但需要高壓環境。

中國科學院物理研究所研究員羅會遷在《超導 “小時代”》一書總結了這些 “室溫超導體” 研究的共性：“很難經得住推敲和考證，它們很難被重復實驗來驗證——有的根本沒有公布成分結構或者制備方法，有的實驗現象極有可能是假象，有的實驗數據極有可能不可靠。”

最後的結果就是，這些所謂重大突破被拋在一旁。比如蘭加·迪亞斯 2020 年發表在《自然》雜志上的論文因爲同行質疑太多被迫撤回。

希望與期待還是更多一些

“爲什么室溫超導這么難？” 聽到這個問題後，孫悅沉默了一下，說：“我也不知道。”

這可能就是室溫超導體研究最難的地方，哪怕是資深的研究者都沒有什么好的研究思路，因爲人類迄今還沒有完全理解超導體的原理。

與量子物理研究相比，超導體研究過程中，理論研究時常落後材料的發現。翁內斯發現超導現象後數十年，研究者們都很難理解這些元素爲什么在極低溫狀態下沒有電阻。

愛因斯坦、海森堡、波爾、泡利等量子物理領域的頂級物理學家都嘗試過提出解釋超導現象的理論，最後均無功而返。直到 1957 年，物理學家約翰·巴丁（John Bardeen）、萊昂·庫珀（Leon Cooper）等人提出的 BCS 超導理論才對超導有了微觀層面上的解釋力，並得到同行認可。而隨着高溫超導體發現，這個理論局限性也展現出來。

“某種程度上說，它們甚至超出了物理學家目前的認知和掌控能力。” 羅會遷在書中寫道：“一萬個理論物理學家，就有一萬套高溫超導理論，哪怕數據其實只有一份。”

這意味着，高溫超導尤其是室溫超導研究是一個充滿偶然發現的過程。現在幾類重要的超導材料，如銅基超導和鐵基超導，都是由非超導研究者在其他研究中無心發現。許多人調侃尋找室溫超導體就像 “煉丹” 一樣，並非沒有道理。

不過在尋找材料的過程中，研究者們也會借助一些輔助工具，就像超導現象剛發現時的 “極低溫”，在研究高溫、室溫超導體時，研究者們也找到了新 “工具”——壓力。

“不超導的材料，壓一壓，也許就超導了。已經超導的材料，壓一壓，也許臨界溫度提高了。對於高溫超導體，再壓一壓，也許溫度上限就突破紀錄了。” 羅會遷在書中總結。

到目前爲止，借助壓力這個工具做出來室溫超導材料的只有蘭加·迪亞斯的團隊，但沒有同行能夠復現他們的研究。

充滿困難但可能會改變世界，室溫超導體也成了科幻作品的素材。電影《阿凡達》的設定中，潘多拉之所以能夠吸引地球人類的注意力，關鍵原因是那裏有大量室溫超導材料。

在地球上，研究者能否發現室溫超導體，會怎樣發現它，現在仍然是未知的。可以確定的是，人們時刻對它保持期待，並有研究者前赴後繼、想盡辦法去找到它。

在這個過程中，就像這些年屢次掀起的復現熱潮那樣，每一次新的可能性出現時，即使是持懷疑態度的謹慎研究者，也不會愿意缺席。

畢竟，沒有太多理論能幫研究者找到它的另一面，也意味着沒有理論確定找不到它。

室溫超導也是一個足夠重要，值得爲之付出巨大嘗試努力的方向。它會是一把打开一連串寶箱的鑰匙。

對能大規模應用的超導材料長達百年的追逐，反應着人類特性中光亮的一面：即使希望與失望反復發生，希望和期待還是更多一些。

#常溫超導被證“理論可行”# $國纜檢測(SZ301289)$ $百利電氣(SH600468)$ $永鼎股份(SH600105)$

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