物理學又被顛覆？韓國科學家稱造出全球首個室溫超導材料：體積微小收縮狀態下127°C即實現超導

距離美國羅徹斯特大學研究人員宣稱發現一種室溫超導材料不到5個月，全球科學界在室溫超導材料方面又宣布重大發現。

近日，韓國一個科學家團隊表示，他們發現了全球首個室溫超導材料——改性鉛磷灰石晶體結構（下稱LK- 99，一種摻雜銅的鉛磷灰石）。該團隊興奮地指出，“所有證據都可以證明，LK-99是世界首個室溫常壓超導體。LK-99的誕生意味著室溫超導領域的重大突破，開啟了一個全新的歷史時代?！?/p>

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不過，《每日經濟新聞》記者注意到，該團隊的論文目前僅上傳到了預印本服務器arXiv，還不清楚該論文是否已提交給期刊進行同行評議。由于已有同題的研究被“推翻”的先例，該韓國科學家團隊的研究成果也必然將受到嚴格審查。

研究稱新材料LK-99的臨界溫度僅為127°C

為了制造這種名為 LK-99 的新材料，該韓國研究團隊將幾種含有鉛、氧、硫和磷的粉末狀化合物混合在一起，然后在高溫下加熱數小時，粉末發生化學反應，得到一種摻雜銅的鉛-磷灰石晶體。

據悉，該團隊的研究人員包括量子能源研究中心CEO Sukbae Lee，長期從事高溫超導方向的物理研究；量子能源研究中心研究員Ji-Hoon Kim，主要負責樣品合成工作；以及韓國高麗大學教授Young-Wan Kwon，專注于凝聚態物理、先進材料等領域的研究。

隨后，研究人員測量了毫米大小的LK-99樣品在不同溫度環境下對電流通過的阻力，發現其所謂的電阻率從105℃時的較大正值急劇下降到30℃時的幾乎零電阻。

圖片來源：arXiv

研究小組記錄了LK-99的臨界溫度（Tc）、零電阻率、臨界電流（Ic）、臨界磁場（Hc）和邁斯納效應（超導體從一般狀態相變至超導態的過程中對磁場的排斥現象）。該韓國研究團隊在論文中稱，其發現的LK-99的臨界溫度為127°C，這意味著這種材料可以很容易在地球上的所有環境中使用。各種效應使得該研究小組確信LK-99確實是一種超導體。

圖片來源：arXiv

超導體沒有電阻的原因在于內部電子的活動。當某特定材料實現超導時，其中的電子會克服排斥力并配對，在不損失能量的情況下自由流動。該韓國團隊認為，LK-99中之所以會出現這種超導情況，是由微小的體積收縮（0.48%）導致的結構形變引起的。

雖然該韓國科學家團隊對室溫超導材料的發現令外界非常興奮，但謹慎對待類似的研究同樣也很重要。

業內分析指出，在科學上被廣泛接受和認可前，還需要同行進一步嚴格和獨立的嚴重。此外，科學界還必須重復復現，以確認這一發現的可重復性和可靠性。

此外，研究人員還需要進行廣泛的研究，以了解LK-99室溫超導性背后的基本機制。探索LK-99潛在的限制和挑戰，例如超導狀態的穩定性和壽命，對于評估材料的實際適用性至關重要。最后，來自該領域專家的同行評議和審查也將有助于復現上述韓國研究團隊的助長。

該韓國研究團隊表示，他們理解外界對其研究成果的質疑，也支持任何想自行制備并測試LK-99超導性的人。與此同時，該團隊將繼續努力完善他們的超導樣品，并朝著大規模生產的方向邁進。

曾有室溫超導研究被“打假”

超導性的關鍵點則在于臨界溫度，只要低于這個溫度，材料就會具有超導性。因此，一種能夠在實驗室之外的常規條件下工作的超導體將是革命性的。

如今距離人類首次發現超導現象已經有100多年了。早在1911年，荷蘭物理學家Heike Kamerlingh Onnes就已經發現，當溫度降低至4.2K（約-268.95℃）時，浸泡在液氨里的金屬汞的電阻會消失。

《每日經濟新聞》記者還注意到，在韓國此次的研究公布之前，也有其他研究人員聲稱開發出了室溫超導的材料。

早在2020年，美國內華達大學的研究人員就稱其開發出了一種室溫超導材料，并成立了一家名為Unearthly Materials來進一步開發。

今年3月份，來自美國羅切斯特大學的物理學家 Ranga Dias 聲稱自己在 21℃條件下實現了室溫超導 —— 由氫（99%）、氮（1%）和純镥制成的材料 LNH 在 21°C、1GPa 條件下就實現了超導狀態。

不過，Dias團隊的研究發表后遭到多方質疑。加州大學圣地亞哥分校理論物理學家喬治·赫希（Jorge E.Hirsch）教授曾對每經記者指出，Dias本人并沒有在拉斯維加斯的美國物理學會會議上對他們團隊的研究進行復現。而在Dias的研究公布后，南京大學聞?；F隊曾火速安排重復實驗，但團隊發現，Dias給的制備樣品方案幾乎不可行，于是他們結合自己的條件，完全以新的方式進行合成并得到了镥氮氫材料?！拔覀兊膶嶒炃宄乇砻?，從環境壓力到6.3GPa，溫度低至10K（約-263攝氏度），镥氮氫材料LuH2±xNy中不存在超導性?！?/p>

由于Dias團隊的另一篇關于室溫超導的論文曾在2020年被《自然》撤稿，理由是研究人員在數據處理方面存在違規行為，這削弱了編輯們對類似研究結果的信心。

近年來，全球之所以對室溫超導材料關注如此密切，正是因為這項技術一旦得到突破，將有可能徹底改變科學和技術的方方面面。室溫超導體最顯著的優點之一是其提供了前所未有的能源利用效率。通常來講，超導體需要極低的環境才能實現，這使得它們的實際應用受到嚴格限制，這些應用主要集中在能源密集型領域。如果能在室溫條件下實現超導性，輸電和配電系統將因為幾乎為零的電阻而不造成任何能量的損失。

量子計算機則將成為室溫超導的直接受益者。有了室溫超導，量子計算機將變得更加實用和容易獲得。目前，大多數量子計算機都在接近絕對零度的超低溫條件下運行，以盡量減少噪音。這種對極端冷卻的要求不僅在技術上具有挑戰性且成本高昂，而且還限制了量子計算機系統的可拓展性。室溫超導具有在環境溫度下零電阻導電的能力， 可以為量子比特提供一個穩定和可控的環境，而不需要復雜的冷卻系統。

該韓國科學家團隊也在論文中指出，其發現可能會對廣泛的技術應用領域產生深遠的影響，包括磁鐵、電機、電纜、磁懸浮列車、量子計算機等。