
7月22日,韩国量子能源研究所研究团队在预印本平台arXiv上接连发布两篇论文,声称在常压条件下,一种改性的铅磷灰石材料能够在400K(127℃)以下表现为超导体。这种材料以两名论文作者名字的首字母命名为LK-99。
从7月22日至今,国内外多家机构陆续复现LK-99,室温超导成为社交媒体和资本市场的热门议题,在视频网站嗶哩哔哩,LK-99材料的复现视频达到几百万的播放量。“室温超导”近14天的百度搜索指数,从一两百达到万数量级,环比增长10077%。8月1日,美国超导股票AMSC盘前跳涨71%,最高涨幅150%。
8月2日,韩国超导学会宣布成立“LK-99 验证委员会”,将验证该成果的真实性。当地时间3日,“LK-99验证委员会”表示,由于与LK-99相关的影像和论文中没有呈现精确的迈斯纳效应,目前的证据仍不足以证明LK-99是室温超导体。
沸沸扬扬的韩国室温超导研究,何时能最终尘埃落定?室温超导材料可能开启的“第四次工业革命”是否会很快来临?
复现和质疑
室温超导体被视为现代物理学“圣杯”之一。整个社会对LK-99的巨大关注,也在于室温超导体的巨大诱惑。
通常,电流穿过电线时会遇到阻力,一些能量会以热量形式损失掉。科学家发现,对金属导体而言,当电流通过时,温度越高电阻越大。自然而然,人们开始思考,如果温度能达到绝对零度,是不是电流电阻会变成零。
1911年,荷兰物理学家海克·昂内斯等人在研究中发现,当温度降到4.2K以下时,金属汞(Hg)的电阻突然降为零。K是“开尔文”的简称,是热力学温标或称为绝对温标,每变化1K相当于变化1℃,但开尔文以绝对零度作为计算起点,-273.15 ℃等于0 K。汞成为了科学家发现的第一个超导体,其超导转变温度为4.2K。
学界将超导转变温度高于77 K(-196.15℃)的超导材料称为高温超导体,室温超导体又称常温超导体,是在室温中表现出超导性的材料。一般认为,室温大约在298K(25℃左右)。1911年到2018年,科学家成功将超导转变温度从30K提高到了250K。不过,根据德国科学家团队的研究,250K的超导转变温度仍需要170GPa的压强来实现,这一压强是常压的170万倍。此次韩国团队展示的LK-99如被证实在常压、400K下呈现超导性,无疑具有革命性。
超导材料几乎在所有电和磁相关的领域都有巨大应用价值,超导材料意味着电能传输过程中不会有能量损失。此外,磁感应强度与电流强度正相关,如果利用电流量很大的超导体做线材,能获得强大的外部磁场。比如,医院用于核磁共振成像的医疗设备,采用了超导体以获得强大磁性。
韩国量子能源研究所团队发表的第二篇论文中,给出了制备LK-99的合成步骤:“第一步,通过化学反应合成黄铅矿……第二步,合成磷化亚铜晶体……第三步,将黄铅矿和磷化亚铜晶体研磨成粉末,并在坩埚中混合,然后密封入晶闸管中……将装有混合粉末的密封管在925℃的炉子中加热5~20小时。在此过程中,混合物发生反应,并转化为最终材料。”相比于之前超导材料制备过程中对压力和设备的要求,韩国团队的合成过程简单得令人惊讶。
要证明某一材料存在超导性质,其必须满足两个条件:零电阻和完全抗磁性,即迈斯纳效应。迈斯纳效应是超导体从一般状态相变至超导态的过程中对磁场的排斥现象,该效应被视作超导实现的重要特征。
韩国量子能源研究所发布论文后,全球已有多个研究团队在复现LK-99的合成,并验证其超导特性。北京航空航天大学材料科学与工程学院研究论文发现,合成的LK-99电阻不为零,也没有发生磁悬浮。印度国家物理实验室也发文称,在实验中未观察到悬浮或抗磁性,并认为可能是因为材料中铜的掺杂。
截至8月4日,每天都有新的LK-99复现进展。8月1日,一位B站用户发布了合成并验证室温超导材料LK-99的视频,华中科技大学材料科学与工程学院教授常海欣向媒体确认,视频确实出自所属团队。但由于该团队尚未检测其电阻特性,因此还不能作为成功复现的证据。




