“復(fù)制熱潮”尚無(wú)法證明室溫超導(dǎo)突破

7月22日，一個(gè)韓國(guó)研究團(tuán)隊(duì)在預(yù)印本網(wǎng)站arXiv上提交論文，聲稱合成了世界上第一種在室溫和環(huán)境壓力下完美導(dǎo)電的材料——LK-99。

超導(dǎo)體的特征之一是邁斯納效應(yīng)，當(dāng)超導(dǎo)體放置在磁鐵上方時(shí)，它會(huì)懸浮起來(lái)。

圖片來(lái)源：《新科學(xué)家》網(wǎng)站

在視頻演示中，LK-99圓盤(pán)的一個(gè)邊緣上升，但另一邊緣似乎與磁鐵保持接觸。

(資料圖片)

圖片來(lái)源：LK-99研究團(tuán)隊(duì)金賢德等人

一石激起千層浪。來(lái)自世界各地的科學(xué)家和業(yè)余愛(ài)好者爭(zhēng)先恐后地復(fù)制這項(xiàng)實(shí)驗(yàn)。時(shí)至今日，關(guān)于室溫超導(dǎo)的“子彈”已經(jīng)飛了兩周。網(wǎng)絡(luò)熱議余溫猶在，而物理學(xué)家敦促人們保持謹(jǐn)慎，各種復(fù)制實(shí)驗(yàn)也證實(shí)，LK-99在室溫下實(shí)際上并不具有超導(dǎo)性。但究竟是什么讓人如此興奮?

室溫超導(dǎo)意義重大

使用室溫超導(dǎo)材料，可消除發(fā)電和輸電造成的能量損失，從而削減成本并減少排放;風(fēng)能和太陽(yáng)能可無(wú)限期儲(chǔ)存;筆記本電腦、手機(jī)、電動(dòng)汽車的電池壽命可延長(zhǎng);更誘人的是，核聚變這種長(zhǎng)期難以捉摸的無(wú)碳能源，可能開(kāi)始在商業(yè)上變得可行，因?yàn)槭覝爻瑢?dǎo)體可實(shí)現(xiàn)更小、成本更低的反應(yīng)堆設(shè)計(jì)。

此外，在超導(dǎo)軌道上滑行的懸浮列車可能會(huì)變得司空見(jiàn)慣;醫(yī)學(xué)成像設(shè)備可能會(huì)變得更小巧、更便宜、更精確;由于準(zhǔn)確性和性能的提高，擁有更多量子位的量子計(jì)算機(jī)可能會(huì)變得更加可行……事實(shí)上，幾乎所有依賴電磁過(guò)程的技術(shù)都可被改造。

韓實(shí)驗(yàn)證據(jù)尚不足

韓國(guó)研究人員提出了LK-99如何表現(xiàn)出室溫超導(dǎo)性的合理理論，但尚未提供明確的實(shí)驗(yàn)證據(jù)。論文中提供的數(shù)據(jù)似乎沒(méi)有結(jié)論。

超導(dǎo)體的特征之一是邁斯納效應(yīng)，當(dāng)超導(dǎo)體放置在磁鐵上方時(shí)，它會(huì)懸浮起來(lái)。在視頻演示中，LK-99圓盤(pán)的一個(gè)邊緣上升，但另一邊緣似乎與磁鐵保持接觸。

真正的超導(dǎo)體能表現(xiàn)出完全懸浮和“量子鎖定”，使其相對(duì)于磁鐵保持在固定位置。研究人員解釋說(shuō)，視頻中看到的行為可能是由于樣本的缺陷造成的，這意味著樣本中只有一部分變得超導(dǎo)。

澳大利亞《對(duì)話》雜志援引昆士蘭科技大學(xué)材料科學(xué)高級(jí)研究員馬赫布貝·沙巴齊的話稱，現(xiàn)在就說(shuō)“我們已經(jīng)獲得了室溫超導(dǎo)的令人信服的證據(jù)”還為時(shí)過(guò)早。

韓國(guó)超導(dǎo)與低溫學(xué)會(huì)為此成立了“LK-99”驗(yàn)證委員會(huì)。8月3日，該協(xié)會(huì)得出結(jié)論，LK-99是超導(dǎo)體的證據(jù)尚不足，因?yàn)樗鼪](méi)有呈現(xiàn)出邁斯納效應(yīng)。

復(fù)制結(jié)果不盡如人意

據(jù)《自然》雜志報(bào)道，7月31日，印度國(guó)家物理實(shí)驗(yàn)室和北京航空航天大學(xué)的團(tuán)隊(duì)進(jìn)行了兩項(xiàng)獨(dú)立實(shí)驗(yàn)，并在預(yù)印本網(wǎng)站上報(bào)告合成了LK-99，但均沒(méi)有觀察到超導(dǎo)跡象。東南大學(xué)研究人員進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)沒(méi)有發(fā)現(xiàn)邁斯納效應(yīng)，但在-163℃下測(cè)得LK-99的電阻接近于零，該溫度遠(yuǎn)低于室溫，但對(duì)于超導(dǎo)體來(lái)說(shuō)卻很高。

科學(xué)家質(zhì)疑，無(wú)法知道這些團(tuán)隊(duì)正在分析的材料是否與韓國(guó)團(tuán)隊(duì)創(chuàng)建的材料相同，同時(shí)，也無(wú)法獨(dú)立驗(yàn)證他們對(duì)LK-99的分析。

8月1日，華中科技大學(xué)發(fā)布了一段視頻，展示了LK-99懸浮樣本，迅速在社交媒體上傳開(kāi)。美國(guó)《時(shí)代》周刊報(bào)道稱，觀察到的懸浮并不一定意味著該材料是超導(dǎo)體。因?yàn)橛性S多材料表現(xiàn)出很強(qiáng)的抗磁性，這很難與完全抗磁性(即邁納斯效應(yīng))區(qū)分開(kāi)來(lái)。

8月8日，北京大學(xué)量子材料科學(xué)中心提交到預(yù)印本網(wǎng)站的一篇論文認(rèn)為，其團(tuán)隊(duì)嘗試合成的LK-99樣品不具超導(dǎo)性。美國(guó)馬里蘭大學(xué)凝聚態(tài)理論中心也在社交媒體表態(tài)，“我們現(xiàn)在相信游戲已經(jīng)結(jié)束了。LK-99不是超導(dǎo)體，即使在室溫(或非常低的溫度)下也是如此。它是一種電阻非常高的劣質(zhì)材料”。

德國(guó)柏林洪堡大學(xué)凝聚態(tài)物理學(xué)教授何塞·馬里亞·皮薩羅表示，種種計(jì)算表明，模擬的LK-99具有一些令人驚訝且有前景的電子特性，但仍然缺乏更明確證明超導(dǎo)性的計(jì)算。

理論學(xué)家也加入了爭(zhēng)論。7月31日，美國(guó)勞倫斯伯克利國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的西妮德·格里芬發(fā)文表示，其使用了密度泛函理論計(jì)算發(fā)現(xiàn)LK-99存在平坦能帶，說(shuō)明LK99在理論層面可能具有超導(dǎo)性。這引發(fā)了一波公眾的樂(lè)觀情緒。然而，格里芬馬上又在社交媒體自我反駁道：“我的文章沒(méi)有證明也沒(méi)有提供超導(dǎo)性的證據(jù)?！?/p>

新研究仍可能帶來(lái)進(jìn)步

美國(guó)加州大學(xué)戴維斯分校的凝聚態(tài)實(shí)驗(yàn)專家因娜·維?？酥赋?，基本上每年都會(huì)有關(guān)于發(fā)現(xiàn)新“不明超導(dǎo)體”的實(shí)驗(yàn)出現(xiàn)，超導(dǎo)技術(shù)的進(jìn)步經(jīng)常因其對(duì)計(jì)算機(jī)芯片和磁懸浮列車等技術(shù)的潛在影響而受到追捧，但這種興奮可能是不必要的。從歷史上看，超導(dǎo)的進(jìn)步給基礎(chǔ)科學(xué)帶來(lái)了巨大的好處，但在日常應(yīng)用方面卻很少。維?？苏f(shuō)，不能保證室溫超導(dǎo)體會(huì)有實(shí)際用途。

但這并不能阻擋科學(xué)家追求室溫超導(dǎo)材料的步伐。迄今發(fā)現(xiàn)并確認(rèn)的每一種超導(dǎo)體都只能在超低溫和超高壓的極端條件下工作，這使得它們?cè)诖蠖鄶?shù)應(yīng)用中都不切實(shí)際。如果找到一種能在更自然的環(huán)境中工作的超導(dǎo)體，就能改變用電技術(shù)，使電網(wǎng)更環(huán)保，使核聚變更經(jīng)濟(jì)可行，也難怪一個(gè)在室溫、常壓下的小小懸浮物會(huì)引起廣泛關(guān)注。

《新科學(xué)家》刊文表示，在超導(dǎo)體的發(fā)展史上，經(jīng)不起進(jìn)一步推敲的研究比比皆是，因此持懷疑態(tài)度也是合理的。隨著全球研究人員爭(zhēng)先恐后地試圖復(fù)制這些實(shí)驗(yàn)，這股熱潮可能正是尋找真正的新型超導(dǎo)體所需要的。

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