超導到底是個啥玩意，為何發(fā)現常溫超導會改變世界？

超導這個名詞常常會出現在一些科學文章中，時而熱上一陣子，又沉寂一陣子。最近又暴熱起來，起因是韓國一個科學團隊突然在一個預印本網站arXiv發(fā)表論文稱，他們發(fā)現了全球首個室溫超導材料，可以在127攝氏度以下表現出超導性。

這款常溫超導體名為“改性鉛磷灰石晶體結構”的材料，簡稱LK-99，就是一種摻雜銅的鉛磷灰石。果真如此，將是科學發(fā)展史上一個驚天突破，必然地引起了世界物理學界的轟動。

超導是什么？

超導這項技術，起源于20世紀，一直游蕩在21世紀科技前沿，看起來與普通人的日常生活隔得很遠，其實是越來越近。那么啥為超導呢？弄清這個科學名詞的通俗意義，吃瓜大眾們就不會覺得與己無關了。

超導一般是超導體的簡稱，英文名為superconductor，又叫做超導材料。超導體具有三個基本特性，即完全導電性、完全抗磁性、通量量子化。

完全導電性即零電阻效應，是指某物質在一定溫度條件下，電阻突然消失的現象。所謂電阻，就是物質中阻礙電子流動的能力，是一個物理量，單位為Ω。不同物質，電阻都不一樣，在通常情況下，不存在沒有電阻的物質。

導體的電阻越大，表示導體對電流的阻礙作用越大。在常見金屬導體中，銀的電阻最小，為1.65*10^-8Ω/m，其次為銅、金、鋁，電阻分別為1.75*10^-8Ω/m、2.4*10^-8Ω/m、2.83*10^-8Ω/m。一般定義為：電阻小于10^-25Ω時被認為電阻為零，該材料則視為超導體。

完全抗磁性又叫邁斯納效應，是指磁力線無法穿越超導體，超導體內部磁場為零，而不受周邊磁場干擾的現象。所有物質都有磁性，且抗磁性是很弱的，因此在任一具有物質的空間，物質都會受到磁力干擾。而超導物質由于表面能夠產生一個無損耗超導電流，就會抵消內部的磁場而呈現出完全的抗磁性。

所謂完全抗通量量子化又稱約瑟夫森效應，是指當兩層超導體之間的絕緣層只有原子厚度時，可以發(fā)生量子隧穿效應，即電子可以穿越絕緣層這個“墻壁”產生超導電流。這種現象讓人們了解了亞原子微觀世界的奇異之處，也解決了許多科學發(fā)展應用上的難題。

由于超導有這么一些奇異特征，由此為人類社會發(fā)展提供了許多可能。如用超導材料做成的電線，由于沒有電阻，可以環(huán)繞地球而不損耗功率，省卻了大型變壓器升壓的麻煩；采用超導材料完全抗磁性特點，做成的磁懸浮列車，可以漂浮在軌道上無摩擦的運行等等。

事實上，超導材料早就問世了，并且已經開始應用在社會生活的方方面面，但這種應用目前還受到了很大限制，主要就是材料的超導性能需要極其嚴苛的條件才會發(fā)生，如要求極低的溫度等。

現在的磁懸浮列車，超導線圈是磁懸浮列車的關鍵設備之一，要讓列車懸浮在軌道上，列車的超導線圈就必須始終保持在零下196攝氏度低溫狀態(tài)，為了保證這種低溫，每一節(jié)列車上都要裝上一臺液氮壓縮制冷機，以維持超導線圈的溫度。

由此可見，目前的超導體得到的主要條件就是低溫，而極端的低溫條件是很難做到的，更難在社會生活中廣泛應用。由此，一百多年來，科學家們?yōu)榱俗尦瑢н@項技術推向社會，就絞盡腦汁地在提升超導的臨界溫度上下功夫。

最早的超導體是荷蘭物理學家卡莫林·昂納斯發(fā)現的，他是在不斷獲取低溫的過程中發(fā)現這種奇異現象的。為了獲得更低的溫度，他先后通過液化氯甲烷達到-90℃，液化乙烯達到-145℃，液化氧氣達到-183℃，液化氫氣達到-253℃；終于在1908年成功地實現了最后一種永久氣體——氦氣的液化，得到了-269℃的低溫。

在這以后，他用液氦抽真空的方法，得到-272℃這種接近絕對零度低溫。

1911年，他首次發(fā)現了在4.2K的液氦中，水銀（汞）的電阻突然消失了，由此，超導現象進入了人類視野，并被發(fā)現具有越來越多的潛在應用價值。要知道，要得到零下296攝氏度的液氦是極其艱難的，100多年來，科學家們一直想得到溫度更高條件下的超導體。

想想說說很容易，任何科學發(fā)現要真正實現都很難很難。一直到1941年，德國物理學家阿瑟曼（G.Ascherman）才發(fā)現了首個可以超越液氦區(qū)的超導材料，即氮化鈮（NbN），其臨界溫度可提升到15K，也就是零下258攝氏度；到了1954年，貝爾實驗室的馬賽阿斯（B.T.Matthais）找到了鈮三錫（Nb3Sn），溫度提升到了18.3K；1973年又獲得了鈮三鍺（Nb3Ge）薄膜，溫度提升到23.2K。

這以后，十幾年低溫超導的臨界溫度提升都沒有進展。一直到1987年，美國休斯敦大學朱經武教授和阿拉巴馬大學的吳茂昆教授兩位華裔科學家，才發(fā)現了液氮以上溫度的氧化物超導體，這就是釔鋇銅氧（YBCO），化學式為YBa2Cu3O7-x，臨界溫度可達90K，也就是約零下183攝氏度。

再后來，雖然科學家們發(fā)現了一些臨界溫度更高的超導材料，但實現的條件十分苛刻。如1988年發(fā)現的汞系超導材料臨界溫度可達164K，2015年發(fā)現硫化氫在臨界溫度可達203K，后來更發(fā)現氫化鑭（LaH10）在接近室溫250K（-23°C）時，成為穩(wěn)定存在的超導體。

但這些“高溫”超導體都需要在極高壓力條件下才能實現，如氫化鑭需要在170GPc的密封環(huán)境中，通過原子核的量子波動作用在廣泛的壓力區(qū)域，成為穩(wěn)定存在的“量子固體”。這些接近地心壓力的極端環(huán)境目前只存在于實驗室微觀領域，在現實中是無法做到的，因此即便有這樣的“高溫”超導體，拓展應用的意義也不大。

由此可見，要讓超導材料越來越廣泛的造福人類，關鍵是找到臨界溫度更高的材料，且越接近常溫越好，而且實現的條件不能太苛刻，如需要極端的高壓等等。

那么，世界上是否真的存在常溫常壓下的超導材料？我想或許會有，只是還沒有找到。

在科學界，有關常溫超導的話題屢被提起，但常常是泛起一陣子后就銷聲匿跡了。如在前些年，就曾經炒作過一位叫曹原的中國神童，他在美國留學，僅20歲左右就在《自然》雜志發(fā)表了數篇重磅論文，是有關前沿科技石墨烯的應用，涉及常溫超導。

那一陣，就不少人驚呼，常溫超導就要來了！而且是中國少年發(fā)現的！但冷靜的人們一看就根本不是那回事，后來果然就沒了下文。現在數年過去了，那位勵志學成回國報效的曹原也不知真的回來了沒有，其研究是否有新的進展也未可知。

那么，現在的韓國團隊常溫超導真的成功了嗎？目前科學界還是持著半信半疑的態(tài)度，爭議很大。至少，現在還沒有一家科學機構或團隊復現過這個成果。

所謂科學無國界，就是基礎科學的研究成果都必須是公開透明的，其成果必須經過全世界任何人采用科學方法進行驗證，只有能夠復現的成果，才能被科學界承認，否則，就不會得到科學界的承認。

目前，這個成果既然還沒有得到其他科學團隊的驗證，就可以認為其還不能成立。

韓國這個研究團隊由韓國電子通訊研究院、量子能源研究所、高麗大學、漢陽大學等機構的學者組成。論文引起國際關注后，量子能源研究所的代表李碩裴在接受韓聯(lián)社采訪時說，研究團隊并沒有準備好發(fā)表論文，這個論文是在高麗大學研究教授權英完未征得其他作者同意的情況下，擅自發(fā)布的。

而另一作者，電子通訊研究院的金賢卓則表示，論文還有許多缺陷，是在未經其許可的情況下發(fā)表的。從同一天發(fā)的兩個預印本作者署名也可以看出，這個團隊作者之間的矛盾。日前，該團隊正在向arXiv要求下架論文。

這就給這個所謂“常溫超導”拉上了一層更加撲朔迷離的面紗，到底是一場鬧劇、喜劇，還是悲劇，最后的真相如何，相信不久就會大白于天下。我個人觀點，這次的所謂常溫超導成果至少不是喜劇。

或許，這個團隊經歷了數十年研究，在某些方面取得了一定進展和突破，但要實現真正大的常溫超導還任重道遠，需要世界各國科學家鼎力合作，有一個較為漫長的過程。你說呢？歡迎討論。

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