林志佳

ChatGPT大模型熱度剛剛下降，韓國(guó)、美國(guó)和中國(guó)的科學(xué)家們又因“室溫超導(dǎo)”技術(shù)話題激起了科技圈新一輪的爭(zhēng)議與關(guān)注。

北京時(shí)間8月1日，美國(guó)勞倫斯伯克利國(guó)家實(shí)驗(yàn)室（LBNL）團(tuán)隊(duì)在arXiv平臺(tái)提交了一篇題為《銅取代磷酸鉛磷灰石中相關(guān)孤立平帶的起源》論文，利用超級(jí)計(jì)算機(jī)模擬發(fā)現(xiàn)銅取代磷灰石中的鉛時(shí)引起結(jié)構(gòu)畸變，其結(jié)果支持一周前韓國(guó)科研團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)室溫超導(dǎo)體LK-99晶體的實(shí)驗(yàn)成果，晶格參數(shù)與此前實(shí)驗(yàn)結(jié)果相差1%。

這是全球首個(gè)證實(shí)“常溫常壓超導(dǎo)體”理論可行的相關(guān)論文，為“室溫超導(dǎo)”材料的技術(shù)研究提供了新的方向和啟示，有望推動(dòng)千億規(guī)模的室溫超導(dǎo)產(chǎn)業(yè)應(yīng)用發(fā)展。

一周前，韓國(guó)科研團(tuán)隊(duì)利用摻雜銅的鉛磷灰石材料LK-99晶體稱實(shí)現(xiàn)了“室溫超導(dǎo)”現(xiàn)象，學(xué)術(shù)界則對(duì)此爭(zhēng)議頗多，多個(gè)團(tuán)隊(duì)進(jìn)行“復(fù)現(xiàn)狂潮”以證偽。

除了美國(guó)團(tuán)隊(duì)之外，8月1日下午，中國(guó)的華中科技大學(xué)材料學(xué)院團(tuán)隊(duì)也成功首次驗(yàn)證合成了可以磁懸浮的LK-99晶體，俄羅斯科學(xué)家Iris Alexandra也成功復(fù)現(xiàn)，但印度國(guó)家物理實(shí)驗(yàn)室團(tuán)隊(duì)兩次復(fù)現(xiàn)均失敗，中國(guó)科學(xué)院物理所、華中科技大學(xué)另一團(tuán)隊(duì)實(shí)現(xiàn)了未經(jīng)證實(shí)的部分復(fù)現(xiàn)。

早在2020年《科學(xué)》雜志發(fā)文稱，“終于，室溫超導(dǎo)實(shí)現(xiàn)了”，但在之前，美國(guó)迪亞茲的“室溫超導(dǎo)”實(shí)驗(yàn)卻都無法實(shí)現(xiàn)復(fù)現(xiàn)，整體是失敗的。

值得一提的是，8月2日有消息稱，韓國(guó)“室溫超導(dǎo)”論文作者李碩裴（Sukbae Lee）表示，論文存在缺陷，系團(tuán)隊(duì)中的一名成員、Young-Wan Kwon教授未經(jīng)其他作者許可擅自發(fā)布，目前團(tuán)隊(duì)正向arXiv要求下架論文。

有趣的是，ChatGPT之父、OpenAI CEO Sam Altman則直接發(fā)文吐槽：一個(gè)月前大家關(guān)注的是馬斯克（Elon Musk）和馬克·扎克伯格的社交軟件爭(zhēng)斗，而現(xiàn)在，人們卻因可能將擁有一個(gè)真正的室溫超導(dǎo)體而驚呆了。

受此消息影響，資本市場(chǎng)相關(guān)概念股似乎已經(jīng)提前“沸騰”了。8月1日美股，風(fēng)力渦輪機(jī)電子控制系統(tǒng)公司美國(guó)超導(dǎo)一度漲超100%；而國(guó)內(nèi)超導(dǎo)個(gè)股永鼎股份、法爾勝、百利電氣上漲20%觸及漲停板。

歷經(jīng)192個(gè)小時(shí)的“室溫超導(dǎo)”爭(zhēng)議和反轉(zhuǎn)

公開資料顯示，室溫超導(dǎo)體全稱為超導(dǎo)電性，又稱常溫超導(dǎo)體，是指可以在高于0攝氏度的溫度有超導(dǎo)現(xiàn)象的材料。而超導(dǎo)體的一個(gè)特性是“零電阻”，亦即電流通過時(shí)，沒有因?yàn)槭艿饺魏巫枇Χ鴮?dǎo)致?lián)p失，因此，這是一種革命性的材料。

多年來，尋找一種無需極低溫或者極高壓就可以使用的超導(dǎo)體是超導(dǎo)界的一大夢(mèng)想。

1908年，荷蘭物理學(xué)家昂尼斯（Heike Kamerlingh Onnes）成功液化了氦氣，并獲得了接近絕對(duì)零度的低溫4.2K（約-269攝氏度）。1911年，昂尼斯等人用液氮冷卻金屬汞時(shí)發(fā)現(xiàn)，汞的電阻在溫度降至4.2K左右時(shí)急劇下降至消失，具備完全導(dǎo)電性，1913年昂尼斯又發(fā)現(xiàn)錫和鉛也和汞一樣具有超導(dǎo)性。同年由于對(duì)物質(zhì)在低溫狀態(tài)下性質(zhì)的研究以及液化氦氣，昂內(nèi)斯被授予1913年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。

而超導(dǎo)的概念隨之而來。

此前，超導(dǎo)體必須在極低溫環(huán)境下工作，技術(shù)分類主要有4種：低溫超導(dǎo)，需要在40K（約-233.15℃）以下液氮溫度才能達(dá)到超導(dǎo)狀態(tài)，常見低溫超導(dǎo)體包括鈮鈦合金、鈮鋁合金等；金屬超導(dǎo)，常見的金屬超導(dǎo)體包括鉛、鋁、汞等，需要非常低的溫度才能實(shí)現(xiàn)超導(dǎo)；鐵基超導(dǎo)；銅氧化合物超導(dǎo)，是銅氧化物（cuprates）為主要成分的超導(dǎo)材料，優(yōu)勢(shì)在于超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度相對(duì)較高，可以在液氨溫度以上實(shí)現(xiàn)超導(dǎo)。

1987年，研究人員發(fā)現(xiàn)了一種含銅的超導(dǎo)體，其工作溫度為零下196攝氏度。后續(xù)實(shí)驗(yàn)最終將超導(dǎo)溫度提高到零下140攝氏度。

從學(xué)術(shù)界角度看，目前，全球并沒有研發(fā)出真正實(shí)用的室溫超導(dǎo)體及材料，所以很多科學(xué)家開始不斷實(shí)驗(yàn)，尋求全球首個(gè)常溫超導(dǎo)體以實(shí)現(xiàn)“革命性技術(shù)突破”，主要由于超導(dǎo)體被用于為粒子加速器和核磁共振設(shè)備中磁鐵提供動(dòng)力，它們是量子計(jì)算機(jī)的基石，而量子計(jì)算機(jī)的性能最終可能超過世界上最好的超級(jí)計(jì)算機(jī)，如果它們不需要低溫從而更容易操作和制造，產(chǎn)業(yè)影響可能會(huì)更廣泛。

2023年以來，主要有兩個(gè)事件催化了“室溫超導(dǎo)”引起廣泛關(guān)注：美國(guó)迪亞茲室溫超導(dǎo)成果爭(zhēng)議和韓國(guó)科研團(tuán)隊(duì)的實(shí)驗(yàn)。

今年3月7日，美國(guó)紐約羅切斯特大學(xué)物理學(xué)家朗加·迪亞茲（Ranga Dias）在美國(guó)物理學(xué)會(huì)年會(huì)上介紹研究新進(jìn)展，稱團(tuán)隊(duì)創(chuàng)造出的超導(dǎo)可在室溫和相對(duì)較低的壓力下工作。

這不是迪亞茲第一次將室溫超導(dǎo)公之于世。2020年，迪亞茲發(fā)布論文稱，已經(jīng)在實(shí)驗(yàn)室將氫、碳和硫元素，在金剛石壓腔中通過光化學(xué)合成簡(jiǎn)單的碳質(zhì)硫氫化物（CSH），并將其超導(dǎo)臨界溫度提升至15℃。然而，Nature認(rèn)為迪亞茲的數(shù)據(jù)處理方式有問題，其實(shí)驗(yàn)結(jié)果也未能成功復(fù)現(xiàn)，因此該篇論文以被撤稿告終。

而今年迪亞茲的最新論文聲稱，要在1萬倍大氣壓下才能實(shí)現(xiàn)室溫超導(dǎo)，但最后全球沒有實(shí)驗(yàn)室實(shí)現(xiàn)該研究的復(fù)現(xiàn)，暫時(shí)被證偽。

時(shí)隔4個(gè)月后的7月23日，韓國(guó)科學(xué)技術(shù)研究院（KIST）量子能源研究中心團(tuán)隊(duì)在未經(jīng)同行評(píng)議的預(yù)印版論文平臺(tái)arXiv上發(fā)布了一篇題為“首個(gè)室溫常壓超導(dǎo)體”的論文，描述稱實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)了一種名為L(zhǎng)K-99的新型室溫超導(dǎo)體。該論文還伴隨著arXiv上的姊妹論文、一篇韓國(guó)期刊上的論文、一個(gè)獲得超導(dǎo)體的證明視頻以及一項(xiàng)專利申請(qǐng)。

其中，第一篇（arXiv： 2307. 12008）的提交人是署名高麗大學(xué)教授Young-Wan Kwon，剩下兩位署名作者為Sukbae Lee、Ji-Hoon Kim，截至目前該室溫超導(dǎo)論文進(jìn)行了一次修訂，論文共有22頁；而第二篇（arXiv：2307.12037）的提交人是Hyuntak Kim（來自威廉-瑪麗學(xué)院），有6人署名。

鈦媒體APP了解到，上述兩篇文章的內(nèi)容大體相同，都是宣稱發(fā)現(xiàn)了第一種室溫常壓超導(dǎo)體，其中第二篇文章內(nèi)容更豐富一些，提供了材料合成的詳細(xì)方法，展示了磁懸浮現(xiàn)象，并更詳細(xì)地推測(cè)了導(dǎo)致這種常溫超導(dǎo)現(xiàn)象的機(jī)理。

論文顯示，韓國(guó)科研團(tuán)隊(duì)在材料合成部分采用“改性鉛磷灰石晶體結(jié)構(gòu)（下稱LK-99，一種摻雜銅的鉛磷灰石）”，合成方法直接、簡(jiǎn)單、便宜，甚至能在常壓下127攝氏度實(shí)現(xiàn)超導(dǎo)，研究過程核心為以下三個(gè)步驟。

第一步：用摩爾比1：1的氧化鉛和硫酸鉛粉末在725攝氏度和10-3 Torr（真空度測(cè)量）條件下發(fā)生固相化學(xué)反應(yīng)，合成黃鉛礬。

第二步：在550攝氏度和10-3? Torr條件下合成磷化亞銅（第一、二步可獨(dú)立進(jìn)行）。

第三步：第一、二步的產(chǎn)物研磨成粉末后，在10-3 Torr條件下，加熱到925攝氏度，合成摻Cu的鉛磷灰石（即LK-99）。

與迪亞茲成果后面的反饋類似，由于韓國(guó)團(tuán)隊(duì)的實(shí)驗(yàn)過程簡(jiǎn)單直接，而且論文有部分錯(cuò)誤信息，數(shù)據(jù)也不太全，缺乏經(jīng)驗(yàn)，尤其電阻測(cè)量給出的是不同溫度下的IV曲線電流I太小了、電阻率測(cè)量精度不夠等，所以多位業(yè)內(nèi)專家對(duì)此表示質(zhì)疑。

據(jù)央視，南京大學(xué)超導(dǎo)物理和材料研究中心主任聞?；⒄J(rèn)為，韓國(guó)團(tuán)隊(duì)所展示的并非超導(dǎo)現(xiàn)象，而是“超導(dǎo)假象”，主要原因在于實(shí)現(xiàn)超導(dǎo)的零電阻、完全抗磁性（邁斯納效應(yīng)）兩個(gè)特性，論文結(jié)果并不完全符合條件。

韓國(guó)團(tuán)隊(duì)所展示的并非超導(dǎo)現(xiàn)象，而是“超導(dǎo)假象”，主要原因在于實(shí)現(xiàn)超導(dǎo)的零電阻、完全抗磁性（邁斯納效應(yīng)）兩個(gè)特性，論文結(jié)果并不完全符合條件。

論文想從三個(gè)方面說明有超導(dǎo)：電阻測(cè)量、磁化測(cè)量和磁懸浮。

其中，電阻測(cè)量通常使用“四探針法”，主要是該方法是接觸式比較穩(wěn)定，但根據(jù)去年他們發(fā)表的韓國(guó)期刊文章看出，電極是用4個(gè)尖銳的針尖測(cè)量的，這種測(cè)量有時(shí)候會(huì)出問題的，因?yàn)槭轻樇?，所以接觸各個(gè)方面都有問題，但是它現(xiàn)在顯示出來這個(gè)所謂電阻的數(shù)據(jù)，沒有一個(gè)是非常穩(wěn)定的噪音狀態(tài)的零電阻，其數(shù)據(jù)隨著溫度變來變?nèi)?，所以?shù)據(jù)還是比較存疑的。

磁化數(shù)據(jù)確實(shí)看到抗磁，但其他材料抗磁性使用超導(dǎo)量子干涉器件儀器測(cè)量，如果信號(hào)大的時(shí)候一般是沒有錯(cuò)的，信號(hào)小的時(shí)候往往會(huì)給出這個(gè)假象。超導(dǎo)有它本身具有特定形狀的磁滯回線，是任何其他材料沒有的內(nèi)容，但該文章中沒有發(fā)現(xiàn)這個(gè)數(shù)據(jù)信息。所以在磁化測(cè)量上，盡管有抗磁，但這個(gè)抗磁本身是不是超導(dǎo)還不好說。

最后是磁懸浮。磁懸浮是第二類超導(dǎo)體一個(gè)典型的特征，在一個(gè)磁體上面當(dāng)達(dá)到一個(gè)穩(wěn)定態(tài)的時(shí)候，超導(dǎo)體和磁體之間是穩(wěn)定的，而且把它壓進(jìn)和把它拿開都是不容易的，都要用力的，現(xiàn)在它顯示的磁懸浮不太像超導(dǎo)的磁懸浮，而是有某種抗磁性+重力一個(gè)平衡以后所達(dá)到的磁懸浮態(tài)。

“所以我感覺從以上三點(diǎn)看的話，目前沒有強(qiáng)烈的證據(jù)說明它是超導(dǎo)。”聞?；⒈硎?。

牛津材料科學(xué)教授Susannah Speller認(rèn)為，“目前還為時(shí)過早，我們還沒有得到這些樣本超導(dǎo)性的有力證據(jù)”，因?yàn)槿狈Τ瑢?dǎo)性的明確標(biāo)志，如磁場(chǎng)響應(yīng)和熱容量。其他專家也對(duì)數(shù)據(jù)可能被“實(shí)驗(yàn)過程中的錯(cuò)誤和LK-99樣本的缺陷”解釋表示擔(dān)憂。

值得注意的是，該研究工作是由Sukbae Lee和Jihoon Kim兩位韓國(guó)科學(xué)家主導(dǎo)，兩位都畢業(yè)于高麗大學(xué)化學(xué)系。所謂LK-99，LK其實(shí)就是這兩位科學(xué)家姓的首字母，而99則是他們相信找到這種材料的時(shí)間（1999），甚至他們還成立了一家量子能源研究中心（Q-Center）來運(yùn)作該超導(dǎo)體制備實(shí)驗(yàn)。

但是，第一篇的3位論文作者之間并未達(dá)成協(xié)議，產(chǎn)生了“內(nèi)訌”。

據(jù)韓聯(lián)社7月28日?qǐng)?bào)道，Sukbae Lee電話表示，Young-Wan Kwon教授未經(jīng)其他作者許可，擅自將其發(fā)表在arXiv上，并堅(jiān)稱自己“要求將論文下架”。他還透露，研究教授Kwon曾擔(dān)任量子能源研究所的首席技術(shù)官（CTO），但他在4個(gè)月前辭去董事職務(wù)，目前與公司沒有關(guān)系。另據(jù)高麗大學(xué)一位人士稱，Kwon教授已經(jīng)與學(xué)校失去了聯(lián)系。

Jihoon Kim博士則表示“這兩篇論文存在很多缺陷，是未經(jīng)他許可發(fā)表的”。據(jù)悉，此前Sukbae Lee、 Jihoon Kim和Young-Wan Kwon曾希望該論文申請(qǐng)到Nature 發(fā)表，但被拒絕了，而3人申請(qǐng)了專利，專利在2023年3月獲得通過并公開。

然而，論文發(fā)布8天（192個(gè)小時(shí)）后的今天，事情發(fā)生了反轉(zhuǎn)，中美俄科學(xué)家同日成功復(fù)現(xiàn)“室溫超導(dǎo)體”。

8月1日，arXiv平臺(tái)至少發(fā)布了4篇關(guān)于超導(dǎo)體的論文，其中一篇就是美國(guó)勞倫斯伯克利國(guó)家實(shí)驗(yàn)室（LBNL）納米結(jié)構(gòu)材料理論研究員西妮德·格里芬（Sinéad Griffin）的論文，其團(tuán)隊(duì)對(duì)韓國(guó)團(tuán)隊(duì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行復(fù)現(xiàn)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)LK-99晶體可以實(shí)現(xiàn)“室溫超導(dǎo)”。

論文顯示，格里芬團(tuán)隊(duì)使用美國(guó)能源部的超級(jí)計(jì)算機(jī)進(jìn)行了模擬，通過密度泛函理論（DFT）和GGA+U方法進(jìn)行了計(jì)算，發(fā)現(xiàn)當(dāng)銅取代磷灰石中的鉛時(shí)引起了結(jié)構(gòu)畸變，從而導(dǎo)致費(fèi)米能級(jí)的孤立平帶 （已知高溫超導(dǎo)體的常見標(biāo)志），即存在超導(dǎo)體家族中高轉(zhuǎn)變溫度的共同特征。所有計(jì)算結(jié)果均與韓國(guó)LK-99晶體實(shí)驗(yàn)結(jié)果相似，晶格參數(shù)與實(shí)驗(yàn)結(jié)果相差1%。

這一實(shí)驗(yàn)結(jié)果為近期韓國(guó)團(tuán)隊(duì)所謂的“室溫常壓超導(dǎo)材料”提供了理論依據(jù)，給超導(dǎo)材料的研究提供了新的方向和啟示。

據(jù)悉，LBNL隸屬于美國(guó)能源部的國(guó)家實(shí)驗(yàn)室，1931年建立至今共培養(yǎng)了15位諾貝爾獎(jiǎng)得主。據(jù)Nature Index，該實(shí)驗(yàn)室在物理和化學(xué)領(lǐng)域的影響力排名世界第一。

論文中提到，其通過超級(jí)計(jì)算機(jī)模擬過程中，使用一種密度泛函理論計(jì)算，并展示了計(jì)算出的自旋極化電子結(jié)構(gòu)。最終理論結(jié)果表明，韓國(guó)團(tuán)隊(duì)的LK-99材料在理論層面上確實(shí)有可能具有“室溫超導(dǎo)”的特性。不過，這需要銅滲透到分子中特定的位置才能實(shí)現(xiàn)超導(dǎo)，這意味著該材料要在現(xiàn)實(shí)中進(jìn)行合成制備具有較高的難度。

不止于此，美東時(shí)間周一（7月31日），美國(guó)佛羅里達(dá)州的一家公司泰吉量子（Taj Quantum）也宣稱研發(fā)出室溫超導(dǎo)體，并且已獲得專利。其首席執(zhí)行官Paul Lilly表示，他們的超導(dǎo)材料是一種石墨烯材料的II型超導(dǎo)體，可以在常壓下工作，但這家公司沒有公布任何實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)或者論文來證明他們的超導(dǎo)材料的性能和原理，也沒有其他科學(xué)家復(fù)制或者驗(yàn)證他們的實(shí)驗(yàn)。

俄羅斯方面，俄羅斯科學(xué)家Iris Alexandra成功制備出了具備常溫抗磁性的LK-99晶體，而常溫抗磁性正是超導(dǎo)晶體的標(biāo)志之一，其結(jié)果在Twitter上發(fā)布。

此外，8月1日，中國(guó)科學(xué)家也成功復(fù)現(xiàn)了韓國(guó)團(tuán)隊(duì)的實(shí)驗(yàn)。

經(jīng)華中科技大學(xué)常海欣教授確認(rèn)，B站UP主“關(guān)山口男子技師” 1日上傳一個(gè)關(guān)于LK99驗(yàn)證的視頻，展示了一塊幾十微米的樣品，使用汝鐵硼磁鐵放在材料下，NS極均可以讓材料展示抗磁性。

視頻稱，該研究是在華中科技大學(xué)材料學(xué)院常海欣教授指導(dǎo)下，博士后武浩、博士生楊麗驗(yàn)證合成了可以磁懸浮的LK-99晶體。該晶體懸浮的角度比韓國(guó)量子能源研究中心Sukbae Lee等人獲得的樣品磁懸浮角度更大，有望實(shí)現(xiàn)真正意義的無接觸超導(dǎo)磁懸浮。

截至發(fā)稿前，視頻總播放次數(shù)已經(jīng)超過150萬，并獲得華中科技大學(xué)B站官方賬號(hào)點(diǎn)贊，嗶哩嗶哩董事長(zhǎng)陳睿也在評(píng)論區(qū)留言：“牛（3個(gè)大拇指）”。

不過，除了上述這些論文，根據(jù)網(wǎng)友公開實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和視頻稱，重復(fù)實(shí)驗(yàn)中合成的LK-99表現(xiàn)出一定的抗磁性，但未觀察到超導(dǎo)現(xiàn)象或超導(dǎo)磁懸浮現(xiàn)象。

中國(guó)科學(xué)院金屬研究所孫巖表示，他們主要進(jìn)行了理論計(jì)算，從計(jì)算結(jié)果來看，LK-99有室溫超導(dǎo)的可能性，“但是不confirm（不是證實(shí)）”。而北京航空航天大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院研究團(tuán)隊(duì)對(duì)合成的LK-99檢測(cè)發(fā)現(xiàn)，它的室溫電阻不為零，也沒有觀察到它發(fā)生磁懸浮。

總結(jié)來說，韓國(guó)團(tuán)隊(duì)的LK-99室溫超導(dǎo)體實(shí)驗(yàn)，在理論上是可行，但合成難度極高、復(fù)現(xiàn)概率太小。成功復(fù)現(xiàn)磁懸浮只能證明LK-99具有一定的抗磁性，并不能證明它具有韓國(guó)團(tuán)隊(duì)宣稱的室溫超導(dǎo)特征。

◎ 來源|鈦媒體