引爆股市的韓國“室溫超導(dǎo)”是突破還是烏龍？問題出在哪？
近日，有韓國科學(xué)家團(tuán)隊宣稱發(fā)現(xiàn)了全球首個室溫超導(dǎo)材料——“改性鉛磷灰石晶體結(jié)構(gòu)（lk-99）”。
▲論文發(fā)布圖（來源：arXiv論文網(wǎng)站）
這一消息的發(fā)布，在各界都引起了轟動。
各方爭議不斷
從A股到美股的股票市場表現(xiàn)來看，室溫超導(dǎo)仿佛已經(jīng)取得成功。
資本市場對此做出反應(yīng)是在8月1日下午13點(diǎn)左右，直接刺激原因似乎是華中科技大學(xué)復(fù)現(xiàn)了該論文的“邁斯納效應(yīng)”并在B站等平臺發(fā)布。
8月1日午后，A股市場上，超導(dǎo)概念股集體大漲。截至收盤，中孚實業(yè)、百利電氣、永鼎股份等個股收于漲停。西部超導(dǎo)和聯(lián)創(chuàng)光電分別漲超7%和6%。
美股方面，一家名為美國超導(dǎo)的公司在周二盤前一度暴漲150%。
除此之外，不少科學(xué)團(tuán)隊也開始對韓國團(tuán)隊的發(fā)現(xiàn)展開了研究并表達(dá)了自己的觀點(diǎn)。
據(jù)《物理世界》等外媒報道，自20世紀(jì)70年以來一直從事超導(dǎo)材料研究的馬里蘭大學(xué)物理學(xué)家Richard Greene評論稱，盡管邁斯納效應(yīng)的視頻乍看令人印象深刻，但超導(dǎo)并非是能使得物體懸浮的唯一原因。
萊斯大學(xué)物理學(xué)家Douglas Natelson表示，論文中的一組數(shù)據(jù)不符合物理原理，“這種相當(dāng)草率的的差異無法給人們以信心”。
北京航空航天大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院、中國科學(xué)院金屬研究所沈陽材料科學(xué)國家研究中心的科研人員也對韓國團(tuán)隊的研究進(jìn)行了驗證。其中，北京航空航天大學(xué)團(tuán)隊發(fā)布的論文顯示，他們根據(jù)韓國團(tuán)隊合成的材料，沒有檢測到超導(dǎo)性。
英國布里斯托大型超導(dǎo)研究員Nigel Hussey在接受《物理世界》采訪時表示，如果該成果被證實為真，當(dāng)然是一個非常轟動的突破，但就目前而言，只是聳人聽聞而已。
巴塞羅那自治大學(xué)退休教授、磁測量領(lǐng)域知名專家陳篤行發(fā)表在“原力超導(dǎo)”公號的文章表示，從韓國團(tuán)隊電阻測量的結(jié)果，并不能證明所測樣品已進(jìn)入了超導(dǎo)態(tài)。
此外，對于近期“室溫超導(dǎo)材料”成功的可能性，相關(guān)產(chǎn)業(yè)公司的回應(yīng)總體上呈現(xiàn)觀望情緒。
西部超導(dǎo)方面表示，該項技術(shù)目前還在實驗階段，公司不便做太多評價，正在密切關(guān)注。永鼎股份方面表示，公司也在等待驗證的過程，可能需要反復(fù)的驗證、求證才是秉承科學(xué)性的原則，這需要一定的時間和更加科學(xué)性的描述，才能讓大家有一個更準(zhǔn)確的認(rèn)識。
抗磁性或已復(fù)現(xiàn)
8月1日下午，一位自稱來自華中科技大學(xué)的B站UP主發(fā)布了一則視頻宣布，其所在團(tuán)隊已經(jīng)成功首次驗證合成了可以磁懸浮的LK-99晶體，該晶體懸浮角度比此前韓國研究團(tuán)隊或者的樣品磁懸浮角度更大，有望實現(xiàn)真正無異議的無接觸超導(dǎo)磁懸浮。
據(jù)他所稱，其所在團(tuán)隊由華中科技大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院常海欣教授帶領(lǐng)，成員包括博士后武浩、博士生楊麗。
▲樣品在磁場中出現(xiàn)自發(fā)抬升現(xiàn)象（圖片來源：B站up主“關(guān)山口男子技師”視頻截圖）
在該團(tuán)隊發(fā)布的視頻中可以看到，一個“小黑點(diǎn)”在顯微鏡下，隨著釹鐵硼磁體的移動，不斷地倒下或站起，無論S極還是N極都有效，代表排斥與磁極無關(guān)，顯現(xiàn)出抗磁性。
但該團(tuán)隊目前僅復(fù)現(xiàn)了抗磁性，是否為零電阻還需要進(jìn)一步測試。只有同時滿足抗磁性和零電阻，才能被稱為超導(dǎo)體。
南京大學(xué)超導(dǎo)物理和材料研究中心主任聞?；⒄J(rèn)為，韓國團(tuán)隊所展示的并非超導(dǎo)現(xiàn)象，而是超導(dǎo)假象。
他分析稱，判斷超導(dǎo)的基本要點(diǎn)有二：一是低溫下的零電阻態(tài)，二是完全抗磁性，即邁斯納效應(yīng)。韓國研究團(tuán)隊希望論證，超導(dǎo)是電阻磁化和所謂磁懸浮效應(yīng)。
一方面，通常零電阻態(tài)需要通過四點(diǎn)法才能標(biāo)準(zhǔn)地測得，盡管論文也采用了四點(diǎn)法，但論文的其中一圖顯示了四個尖銳的針尖作電極，這種方法有時會出現(xiàn)問題。同時，它們的數(shù)據(jù)當(dāng)中并未發(fā)現(xiàn)在低溫下有穩(wěn)定的低噪音的零電阻態(tài)，因此從電阻上不足以說明有超導(dǎo)。
另一方面，該韓國研究團(tuán)隊使用一種名為squid超導(dǎo)量子干涉器件的現(xiàn)代超導(dǎo)量子干涉器件來測量，測量確實在很寬的溫區(qū)，甚至在他們所聲稱的超導(dǎo)溫度之上還能夠發(fā)現(xiàn)所謂的抗磁性。但他們測量零場冷和場冷兩種模式下的分叉點(diǎn)，把所謂的分叉點(diǎn)定義為了大概超導(dǎo)溫度。
聞?；⒈硎荆詈唵蔚淖C明方法是看韓國團(tuán)隊能否為他們所聲稱的超導(dǎo)態(tài)提供科學(xué)數(shù)據(jù)。
▲韓國科學(xué)家論文中的超導(dǎo)磁懸浮圖
“第三個是關(guān)于磁懸浮。韓國研究團(tuán)隊給出了錄像，但該錄像所展示的狀態(tài)與超導(dǎo)磁懸浮有很大的區(qū)別?！睋?jù)他介紹，超導(dǎo)磁懸浮因為磁通釘扎，超導(dǎo)體和磁體一旦位置固定，就會相當(dāng)?shù)胤€(wěn)定，不需要任何支撐。
韓國研究團(tuán)隊公布的視頻畫面則顯示，超導(dǎo)體需要一個支撐點(diǎn)，且該物體處于不穩(wěn)定狀態(tài)，與超導(dǎo)真正的磁懸浮狀態(tài)完全不同。聞海湖稱，根據(jù)數(shù)據(jù)猜測，可能是材料本身存在非常微弱的抗磁，與重力達(dá)到某種平衡以后，形成了一個微軟的磁懸浮狀態(tài)，事實上并非超導(dǎo)磁懸浮。
中國科學(xué)院科學(xué)傳播研究中心副主任袁嵐峰認(rèn)為，真正的超導(dǎo)磁懸浮是完全的浮在空中，而不是像韓國的樣品這樣一側(cè)靠在底座上。更厲害的是，超導(dǎo)體還可以懸浮在磁體的下方，然后你把它推一下，它就會在下方懸空繞著磁體轉(zhuǎn)圈。韓國科學(xué)家的視頻，相形之下就像《西游記》第二回里菩提祖師說孫悟空，“這個算不得騰云，只算得爬云而已！”
總而言之，根據(jù)目前的實驗結(jié)果，LK-99可能是一類具有抗磁性的材料，但還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能下結(jié)論說它是韓國團(tuán)隊所宣稱的室溫超導(dǎo)體，具體性質(zhì)還需要后續(xù)更多的實驗驗證。
什么是 “超導(dǎo)體”
在看“什么是室溫超導(dǎo)”這個問題前，首先需要先說說“超導(dǎo)體”這一概念。
超導(dǎo)（superconductivity）是材料在低于一定溫度時電阻變?yōu)?的現(xiàn)象。超導(dǎo)體，顧名思義就是超能導(dǎo)電的物體。
眾所周知，根據(jù)導(dǎo)電性能的不同，物質(zhì)大致可以分為導(dǎo)體、半導(dǎo)體和絕緣體。像鐵、鋁這樣的金屬物質(zhì)就是導(dǎo)體，電流電阻小，其中存在著大量可自由移動的帶電粒子，這些電子能在外電場的作用下"自由行走"，形成明顯的電流。正因如此，導(dǎo)體才容易導(dǎo)電；相反，像橡膠、塑料這樣的絕緣體，其電阻極大，帶電粒子因為被"困"在了原子周圍不能"自由移動"，因而不容易導(dǎo)電。至于像硅、鍺、砷化鎵這樣的半導(dǎo)體，則是性能介于前二者之間的物質(zhì)。
按照焦耳定律，就算導(dǎo)體的導(dǎo)電性能再好，有電阻就會產(chǎn)生焦耳熱，就會造成能量的額外消耗。想要電流在傳輸?shù)倪^程中沒有能量損耗，從理論上講，就得電阻為0，而超導(dǎo)體就是這么理想的一種材料。
在一定溫度下，它的電阻能變?yōu)?，傳輸電流時的損耗也就是0，不僅不會發(fā)熱而且電線兩端都不需要電壓。
除了0電阻0損耗，超導(dǎo)體的完全抗磁性特性也讓人心動。簡單來說，如果我們在超導(dǎo)體正下方放置一個磁體，當(dāng)磁體產(chǎn)生磁場，超導(dǎo)體會因為內(nèi)部對磁場的絕對排斥，進(jìn)而產(chǎn)生相反的磁場，并因此與磁體互相排斥。如果這種排斥力和超導(dǎo)體的重力能達(dá)到平衡，那么，超導(dǎo)體就能懸浮起來。
▲因為具有完全抗磁性特性而懸浮于空中的超導(dǎo)體（圖源：Quanta）
利用超導(dǎo)體的特性，人們可以用來“舉起”沉重巨大的車廂——諸如日本JR線的MLX系列低溫超導(dǎo)磁懸浮磁浮列車測試線，也可以用來長期監(jiān)測重力變化，觀測潮汐、探測地震等——諸如天文地理研究中常用的磁懸浮重力儀；至于超導(dǎo)體的“約瑟夫森效應(yīng)”則是說，如果在兩個超導(dǎo)體之間夾一個絕緣層，當(dāng)這個絕緣層的厚度薄到逼近原子那么薄時，電子就能直接穿過絕緣層，產(chǎn)生隧道電流現(xiàn)象。利用這一特性，人們不僅能做出速度更快、運(yùn)行耗能更小的超導(dǎo)計算機(jī)，還能制作出靈敏度更高、噪聲更小的超導(dǎo)量子干涉儀。
換而言之，如果真有一種可以被大范圍商用的超導(dǎo)材料，這將是一場波及多個領(lǐng)域的重大變革。
常溫常壓的超導(dǎo)材料還有多遠(yuǎn)？
中國科學(xué)院物理研究所研究員羅會仟認(rèn)為，基于目前的高壓合成測量技術(shù)，樣品產(chǎn)量非常低，且常壓下不一定穩(wěn)定，室溫超導(dǎo)不可能有大規(guī)模的應(yīng)用。但如果未來不需要高壓即可合成超導(dǎo)材料，即使溫度沒有真正到室溫，在接近室溫情況下，用途也將非常廣。
▲超導(dǎo)體能夠進(jìn)行長距離大容量輸電，電網(wǎng)損耗變少、效率提高，能極大地減少能量浪費(fèi)。（圖源：視覺中國）
事實上，盡管時不時有新的發(fā)現(xiàn)，但從總體上看，近十年來全球超導(dǎo)材料研究始終處于一個尷尬的瓶頸期，究其原因，“市場化”也許是最難跨越的一個阻礙——如何將實驗室中的新發(fā)現(xiàn)，實際應(yīng)用到講求成本、看重效率、生產(chǎn)條件有限的商用市場？這個問題似乎很難回答。
“雖然實驗室陸陸續(xù)續(xù)找到了一些臨界溫度更高的新材料，但是受限于價格和性能等因素，這些新材料始終打不開商業(yè)市場，沒辦法投入實際應(yīng)用”，一位不愿意透露姓名的業(yè)內(nèi)知情人說。
現(xiàn)如今，超導(dǎo)技術(shù)對于多數(shù)普通人而言還是非常神秘，甚至常常引發(fā)人們的“誤解”：提到超導(dǎo)技術(shù)，大家總會想到磁懸浮列車，但實際上，現(xiàn)實生活中大多數(shù)磁懸浮列車使用的是常規(guī)導(dǎo)體，像德國的和國內(nèi)上海的磁懸浮，這些列車跟超導(dǎo)技術(shù)并沒有太大關(guān)系。相比之下，反而是醫(yī)院里使用的核磁共振成像（MRI），尤其是1.5T以上的核磁共振，才是跟普通人距離最近的超導(dǎo)技術(shù)。
相比于CT成像等技術(shù)，MRI不僅沒有輻射，而且能為醫(yī)生提供內(nèi)容更加豐富、畫面更加清晰的對比影像，尤其對于諸如腦部、脊髓等不同軟組織或是中樞神經(jīng)系統(tǒng)等部位的對比成像也更加好。如今，9.4T超高場MRI不僅在理論上能幫助人類檢查糖尿病以及心臟病，甚至還有望能夠幫助早期檢測阿茲海默癥，為人類解決"難以治療只能預(yù)防"的頑疾提供更好的技術(shù)支持。
探尋適用于民用市場的超導(dǎo)材料并不容易，盡管路漫漫其修遠(yuǎn)兮，但人類尋找超導(dǎo)材料的腳步卻從未停下。從能承載大量電能卻幾乎不產(chǎn)生額外能耗的超導(dǎo)發(fā)電機(jī)、超導(dǎo)直流輸電線，再到信號覆蓋更廣、抗干擾力更強(qiáng)的信號通訊基站……一步步的探索中，超導(dǎo)技術(shù)正在等待下一個春天。
（參考來源：“中科院物理所”微信公眾號，新京報，財聯(lián)社，極目新聞，澎湃新聞等）
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