室温超导真的能点石成金吗?
韩国团队4日公布第二段视频,画面中半均匀矩形“部分悬浮”
一场超导风暴席卷了科学界和资本市场,两篇来自韩国的论文引发了全球对室温常压超导体的疯狂追捧。然而,随着越来越多的实验验证和专家质疑,这个被誉为“人类科技史上最伟大的发现”是否真的存在,还是一个谜。
(相关资料图)
韩国研究团队宣称发现室温常压超导体引发轰动
7月22日,韩国量子能源研究所的研究团队,在预印本网站arXiv上发布了两篇论文,分别是《第一个室温常压超导体》和《超导体Pb10-xCux(PO4)6O在室温常压下表现出悬浮现象及其机理》。这两篇论文声称,他们通过在铅-磷灰石晶体中掺入铜元素,制造出了一种新型材料LK-99,这种材料在常温常压下具有零电阻和强抗磁性,也就是超导性。他们还上传了一段视频,展示了LK-99样品在磁铁上悬浮的情况,这被认为是超导材料的重要特征之一——迈斯纳效应。
超导是指某些材料在低温下电阻消失,电流无损耗地流动的现象。超导材料具有零电阻和完全抗磁两大特性,被认为是未来能源、信息、交通等领域的革命性技术。然而,目前已知的超导材料都需要在极低温或高压条件下才能实现,这大大限制了其应用范围和效率。
因此,科学家们一直梦想着找到一种能在常温常压下实现超导的材料,即室温常压超导体。这种材料如果存在,将会彻底改变人类的生活方式和能源结构。但是,这一目标一直被认为是遥不可及的。
这两篇论文一经发布,就引起了全球科学家和媒体的关注。如果这一发现属实,那么意味着人类终于突破了超导技术的最大障碍——温度。目前已知的最高温度超导体是由美国物理学家迪亚斯等人于2020年在《自然》杂志上报告的。迪亚斯论文称一种含碳、硫、氢的化合物能在约15摄氏度下表现出超导性能。但后续多个研究组未能重复该实验,《自然》在2022年就该论文作出撤稿决定。
这一消息引起业内外广泛关注。若这一发现属实,则意味着超导技术在室温和常压条件下即可实现,不再需要高昂的能源消耗和复杂的高压设备。这将为人类社会带来巨大的进步和变革。
专家质疑LK-99是否真的是超导体
然而,在韩国研究团队公开论文后,不少科学家对其结果表示怀疑和质疑。他们认为,LK-99是否真的是室温常压超导体,还有待更多的实验验证和理论解释。
首先,LK-99是否具有零电阻性,还没有得到确切的证明。零电阻是超导材料最基本的特征之一,也是最容易检测的特征之一。然而,韩国研究团队并没有在论文中提供LK-99的电阻测试数据。他们只是展示了LK-99在磁场下的抗磁性,即迈斯纳效应。
迈斯纳效应是指超导材料在超导态下能够完全排斥外部磁场的现象,是超导材料的另一个重要特征。然而,并非所有具有抗磁性的材料都是超导材料,也并非所有的超导材料都能表现出完全抗磁性。因此,仅凭LK-99的抗磁性,还不能断定其是否具有超导性。
事实上,韩国研究团队也承认,他们制备出来的LK-99样品中,只有少数能表现出抗磁性,大多数样品都没有任何反应。这说明LK-99的制备过程可能存在很大的偶然性和不稳定性。
中国科学家积极参与验证
尽管韩国研究团队的论文存在诸多问题和争议,但仍然激发了中国科学家的兴趣和探索。近日,多个中国科研团队纷纷宣布成功合成了类似LK-99的材料,并进行了相关的验证实验。
其中最引人注目的是华中科技大学材料学院教授常海欣带领的团队。该团队在视频网站Bilibili上发布了一段视频,展示了他们合成了具有抗磁性的LK-99样品,并用一块小型永久磁铁将其吸起来。
8月2日晚间,曲阜师范大学物理工程学院教授刘晓兵表示,其团队利用四引线法对此前合成的抗磁样品进行了初步的电阻测试,测试结果发现该样品在常温到50K(-223.16℃)低温范围内仍存在大的电阻值,测试过程中并没有出现电阻大幅度骤降或者零电阻,与“室温超导”所被期待的零电阻特性相差甚远。
另一个引起关注的是东南大学物理学院教授孙悦带领的团队。该团队在B站发布了另一段视频,声称他们在110 K(-163.15 ℃)以下,常压观测到LK-99材料出现零电阻。
孙悦教授在视频中表示,这可能是LK-99存在超导电性的一个很重要的证据,但他们并没有证实发现了室温超导体。“我们猜测,若样品的零电阻是超导造成的,其超导的组分应该还是比较低的。”孙悦教授说。
然而,该团队也承认,他们一共测量了六片样品,仅在一片样品中观测到了零电阻,其他样品大多数产生的为半导体行为。此外,他们对这块观测到零电阻的样品做了迈斯纳效应测量,即完全抗磁性测量,并未观测到这一样品存在完全抗磁性。
总体来看,目前还没有任何一个中国科学家能够完全复现韩国研究团队公开的结果,即在室温常压下观察到LK-99同时具有零电阻和完全抗磁两大超导特性。因此,LK-99是否真的是室温常压超导体,还有待更多的验证和解释。
除了实验验证之外,LK-99也引起了国内外知名专家的关注和评论。他们从不同的角度和层面对LK-99提出了质疑和批评,认为其科学价值和可靠性都有待商榷。
北京高压科学研究中心主任毛河光教授表示,韩国研究则从开始就有点像民科,或者像变魔术。“如果超导这么容易做,那我们以后不要去找专家去做这个事了,就让大家土法炼钢去。”
最终,这场狂欢在8月3日结束。韩国超导和低温学会“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迈斯纳效应,不足以证明“LK-99”是室温超导体。
“室温超导”事件时间线
7月22日
全球物理学界迎来爆炸性消息:韩国一个科学家团队表示,他们发现了全球首个室温超导材料,一种名为“改性铅磷灰石晶体结构(LK-99,一种掺杂铜的铅磷灰石)”的材料。
7月29日
韩国室温超导团队的一名成员李硕裴表示,论文存在缺陷,系一名成员擅自发布,已要求下架。
7月30日
上海市超导材料及系统工程中心主任洪智勇:韩国研究团队近期公布的超导体“极大概率”不能实现室温超导。
7月31日
韩国“全球首个室温超导”研究成员回应:LK-99材料或可在一个月内被复制,团队可提供指导。
8月1日
LK-99首批重复实验结果出炉:三篇论文两篇来自中国:
北京航空航天大学材料科学与工程学院研究团队对合成的LK-99检测发现,它的室温电阻不为零,也没有观察到它发生磁悬浮。该论文称,上述材料表现出的表现出特征类似半导体,而非超导体。
中国科学院金属研究所孙岩研究员和刘培涛研究员表示,他们主要进行了理论计算,从计算结果来看,LK-99有室温超导的可能性;从能带的角度,给出了一些解释,“但是不confirm(但这不是证实)”。
劳伦斯伯克利国家实验室研究表明,韩国团队的LK-99材料在理论层面上确实有可能具有“室温超导”的特性。
另外,华中科大教授常海欣团队录制的视频显示,他们验证合成了可以磁悬浮的LK-99晶体。没有新的信息可以判断该材料是否为超导体。
印度CSIR国家物理实验室发文称,“根据我们在925°C下合成的LK-99样品的结果,目前还不能证明在室温下具有大面积的超导性。”
8月2日
曲阜师范大学复现韩国室温超导体实验结果公布:无零电阻特性。
8月3日
韩国超导学会宣布成立“LK-99 验证委员会”,表示在国内外争议较大的情况下,该委员会将负责验证成果的真实性。