突破還是“烏龍”——“LK-99”材料實(shí)現(xiàn)室溫超導(dǎo)有待驗(yàn)證

近日引起科學(xué)界轟動(dòng)的一大新聞，是韓國(guó)科研團(tuán)隊(duì)宣稱合成了一種名為“LK-99”的室溫超導(dǎo)材料。

(資料圖)

7月22日，韓國(guó)量子能源研究所等機(jī)構(gòu)的研究人員在預(yù)印本網(wǎng)站arXiv上發(fā)表論文說(shuō)，他們合成的“LK-99”材料具備超導(dǎo)性，超導(dǎo)臨界溫度在127攝氏度左右，而且在常壓下就具備超導(dǎo)性。“LK-99”是一種改性鉛磷灰石晶體結(jié)構(gòu)。韓國(guó)研究團(tuán)隊(duì)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(shù)小時(shí)，粉末發(fā)生化學(xué)反應(yīng)后得到一種摻雜銅的鉛磷灰石晶體。

韓國(guó)團(tuán)隊(duì)宣稱的成果引起科學(xué)界極大關(guān)注的同時(shí)，也受到不少學(xué)者的質(zhì)疑。

科學(xué)界追尋的目標(biāo)

各類材料在常溫下都具有一定的電阻。當(dāng)電子從材料的一端流到另一端時(shí)，它們不斷碰撞并減速，類似于風(fēng)吹過(guò)樹(shù)葉時(shí)空氣的減速。1911年，荷蘭物理學(xué)家海克·卡麥林·昂內(nèi)斯發(fā)現(xiàn)汞在約4開(kāi)爾文（絕對(duì)零度以上4攝氏度，即約零下269攝氏度）時(shí)電阻急劇下降，進(jìn)入一種電阻小到實(shí)際上測(cè)不出來(lái)的新?tīng)顟B(tài)。他把汞的這一新?tīng)顟B(tài)稱為超導(dǎo)態(tài)。昂內(nèi)斯也因?yàn)榘l(fā)現(xiàn)超導(dǎo)現(xiàn)象獲得1913年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。

超導(dǎo)體在特定溫度才能呈現(xiàn)電阻為零，其兩大關(guān)鍵特征為零電阻和完全抗磁性，即邁斯納效應(yīng)。超導(dǎo)體電阻轉(zhuǎn)變?yōu)榱愕臏囟确Q為臨界溫度。根據(jù)臨界溫度高低，超導(dǎo)材料可分為低溫超導(dǎo)體和高溫超導(dǎo)體。

迄今為止，已發(fā)現(xiàn)數(shù)十種金屬元素——鉛、汞、鈮、錫及其合金在冷卻到接近絕對(duì)零度時(shí)會(huì)變成超導(dǎo)體。但這些材料實(shí)現(xiàn)超導(dǎo)條件苛刻，即便所謂“高溫超導(dǎo)體”的臨界溫度也通常在零下100攝氏度或更低，需要液氦或液氮制冷并需要高壓，難度大且成本高，幾乎無(wú)法實(shí)用。目前已確認(rèn)的世界紀(jì)錄，是美國(guó)和德國(guó)科研人員以氫化鑭材料在250開(kāi)爾文（約零下23攝氏度）還需約100萬(wàn)倍大氣壓的極端高壓實(shí)現(xiàn)超導(dǎo)。

如果有一種材料能在接近室溫和常壓條件下實(shí)現(xiàn)超導(dǎo)，勢(shì)必給世界帶來(lái)革命性的突破。例如，計(jì)算機(jī)芯片可以運(yùn)行更快能耗更低、電網(wǎng)可以接近無(wú)損耗輸電、高速磁懸浮列車可能很快投入實(shí)用……因此，近幾十年來(lái)世界各國(guó)研究人員在這一領(lǐng)域投入了極大精力。

“LK-99”引起關(guān)注的原因還在于，韓國(guó)研究人員宣稱它不僅臨界溫度接近常溫，其成分和合成方法出乎意料地簡(jiǎn)單和廉價(jià)，而過(guò)去科學(xué)界往往在稀有金屬元素的方向?qū)で笸黄?。一旦得到?yàn)證并解明其機(jī)理，它可能很快接近實(shí)用。

是否突破還需驗(yàn)證

不過(guò)“LK-99”不是首個(gè)宣稱實(shí)現(xiàn)室溫超導(dǎo)的材料，過(guò)去也曾有研究人員宣布“重大突破”，但迄今未驗(yàn)證和復(fù)現(xiàn)成功。

美國(guó)研究人員蘭加·迪亞斯等人2020年曾在英國(guó)《自然》雜志上報(bào)告，一種含碳、硫、氫的化合物在15攝氏度下表現(xiàn)出超導(dǎo)性能，成為電阻為零的超導(dǎo)體，但該論文去年被撤回。今年3月8日，迪亞斯團(tuán)隊(duì)又一篇論文發(fā)表在《自然》網(wǎng)站，論文稱研發(fā)出一種含镥、氫、氮的材料，在約20.6攝氏度的室溫和10千巴（約1萬(wàn)倍大氣壓）的壓力下表現(xiàn)出超導(dǎo)性能，迄今也有多個(gè)團(tuán)隊(duì)報(bào)告不能復(fù)現(xiàn)其成果。

“LK-99”又會(huì)如何？因?yàn)槠渲苽浜万?yàn)證相對(duì)簡(jiǎn)單，目前已有包括中國(guó)在內(nèi)的多國(guó)科研團(tuán)隊(duì)都在嘗試復(fù)現(xiàn)。

美國(guó)勞倫斯伯克利國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的西妮德·格里芬針對(duì)“LK-99”的性質(zhì)在預(yù)印本網(wǎng)站arXiv發(fā)表論文表示，超導(dǎo)性可以解釋“LK-99”的特性，但大量其他現(xiàn)象，如金屬絕緣體轉(zhuǎn)變、電荷密度波等也可以解釋。針對(duì)一些媒體報(bào)道說(shuō)她的計(jì)算機(jī)模擬“支持‘LK-99’的超導(dǎo)性”，格里芬在社交媒體強(qiáng)調(diào)，其論文沒(méi)有提供“LK-99”具有超導(dǎo)性的證據(jù)。

《自然》雜志網(wǎng)站4日?qǐng)?bào)道說(shuō)，印度國(guó)家物理實(shí)驗(yàn)室和中國(guó)北京航空航天大學(xué)的團(tuán)隊(duì)開(kāi)展的兩項(xiàng)獨(dú)立的實(shí)驗(yàn)合成了“LK-99”，但沒(méi)有觀察到超導(dǎo)的跡象。中國(guó)東南大學(xué)的研究人員開(kāi)展的實(shí)驗(yàn)沒(méi)有發(fā)現(xiàn)邁斯納效應(yīng)，但在零下163攝氏度下測(cè)得“LK-99”的電阻接近于零，該溫度遠(yuǎn)低于室溫，對(duì)于超導(dǎo)體來(lái)說(shuō)卻很高。文章指出，“LK-99 ”結(jié)構(gòu)的不確定性限制了研究人員從理論計(jì)算中得出結(jié)論。

韓國(guó)超導(dǎo)和低溫學(xué)會(huì)“LK-99”驗(yàn)證委員會(huì)表示，與“LK-99”相關(guān)的影像和論文中展示的這一材料的特征并不符合邁斯納效應(yīng)，不足以證明“LK-99”是室溫超導(dǎo)體。

美國(guó)倫斯勒理工學(xué)院材料科學(xué)與工程系副教授埃德溫·福通說(shuō)，實(shí)現(xiàn)室溫超導(dǎo)，需要在理解超導(dǎo)背后的基本原理、發(fā)明新材料或發(fā)現(xiàn)提高臨界溫度的新方法方面取得突破?！癓K-99”是突破還是“烏龍”，首先需要科研人員復(fù)現(xiàn)。目前來(lái)看，室溫超導(dǎo)領(lǐng)域出現(xiàn)重大進(jìn)展恐怕還需時(shí)日。

來(lái)源：新華社

流程編輯：tf028

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