【原创整理】“室温超导”再次引爆全球，物理学“圣杯”将开启第四次工业革命？

近日，室温超导成为全球科技圈当之无愧的“顶流”。

今年以来两场“室温超导现世”的乌龙，再次将这一物理学“圣杯”掷入公共视野。美国物理学者兰加·迪亚斯在美物理学会3月的一次会议上宣布发现一种含碳、硫、氢的室温超导体，随即被中国学者证伪之后，7月22日，韩国科研团队在arVix论文预印本网站上连发两文，宣布发现了“第一个常温常压超导体”LK-99。它是一种掺杂了少量铜的铅磷灰石材料，使其可以在127摄氏度下表现出超导性。8月2日，韩国超导学会宣布成立“LK-99验证委员会”，检验该成果的真实性。遗憾的是，  8月16日Nature杂志的一篇报道，总结了国际上不同实验室的重复实验结果，指出LK-99不是超导体。

德国马克斯·普朗克固态研究所合成的LK-99纯晶体。来源：Pascal Puphal

在全球学术界陷入惊喜与复现、反转与质疑之后，这场与LK-99有关的风波又一次重复了室温超导曾经历数次从轰动全球到无法验证的舆论“过山车”。时至今日，距离“超导”被发现已过去112年，然而最理想的超导材料——常压下的室温超导至今还未出现，依旧吸引着全球科学家孜孜以求。室温超导为何如此备受瞩目？超导材料又有哪些重要应用？小促带你一起探究室温超导的奥秘！

01

知识科普：什么是室温超导？

一直以来，“室温超导材料”的研究被视为超导领域乃至整个凝聚态物理学的“圣杯”。

首先来解释一下概念，什么是室温超导？超导体（Superconductor）指在特定温度下，呈现电阻（单位为欧姆 [Ω，Ohm]）为零的导体。零电阻和完全抗磁性是超导体的两个重要特性。室温超导体又称常温超导体，是指可以在高于 0°C 的温度有超导现象的材料。相较于其他的超导体（如：2018 年发现的十氢化镧在 170 万个标准大气压，摄氏 -23℃ 下出现超导性），是日常较容易达到的工作条件。

韩国量子能源研究中心研究团队的视频截图

1908年，荷兰物理学家海克·卡末林·昂内斯成功将氦气液化，随后在1911年春，昂内斯在用液氦将汞的温度降到4.15 K时，发现汞的电阻降为零。他把这种现象称为超导性。后来昂内斯和其他科学家陆续发现其他一些金属也是超导体。昂内斯因为对生产液氦的贡献以及发现超导现象而获得1913年的诺贝尔物理学奖。

目前，超导材料在生产应用上，以低温超导和高温超导两种为主。此处高温低温的差别并非指平日里指的体感温度，而是指物理学上的“常规理论界限”40k。40k（零下-233.15摄氏度）以上称为高温环境。大多数超导材料只有在低温环境（低于40k，即-233.15℃）下才能呈现出超导电性，这样的限制条件使超导很难大规模投入到生产应用中。而如果想要提高临界温度，可以施加高压。但是，高压下的材料体量微小，也不具备规模化应用的条件。

室温超导的突破性研究成果室温超导的突破始于2020年，当时研究人员在一种高温超导材料中发现了关键的物理机制。这种材料名为H2S（硫化氢），在极高压下可以实现高温超导。H2S的超导转变温度达到了-70℃，这与其他超导材料需冷却至极低温度的情况有了明显的区别。这一发现引发了全球科学家对于室温超导的广泛研究，并催生出一系列相关的突破性科学成果。

02

价值巨大：或将开启第四次工业革命

为什么人类如此渴望室温超导？室温超导对人类意味着什么？有分析认为“如果有人能够攻破室温常压超导，并最终实现商用，其巨大的价值很有可能开启第四次工业革命。”

室温超导体的商用意味着高效率、低能耗的电力传输和超快的计算和通讯速度将成为可能，将极大地改变以下几个领域：

能源领域：室温超导能给可控核聚变带来质的突破。通过超导线圈约束原子核，使其碰撞产生核聚变，使核聚变成为现实，为人类带来无穷无尽的能源，从此无需再开采化石能源，环境得到保护。同时，超导体在储能和电池技术带来质的提升，比如可能使得电池寿命延长数倍，新能源车无论在北极还是在非洲，都能跑数千公里，手机也能用好几个月。

交通运输：如果将超导体铺到马路上、轨道上，高铁和车轮将失去意义，磁悬浮将成为最好的解决办法。

医疗领域：超导材料在医学领域具有广泛的应用，例如MRI、超导线圈等。常温常压下超导材料的出现，将为医疗设备的小型化和便携化提供可能，推动医疗技术的发展。

电子设备：超导材料在低温环境下具有高度的量子特性，可用于构建量子计算机，运算速度远超现有计算机，或将在信息处理领域带来巨大变革，同时人工智能飞速发展。

03

展望未来：室温超导商业化仍然遥远

全球范围内爆发的室温超导热潮勾起了了人们对技术商业化应用的幻想。

有人称，常温常压超导实现后以后，将直接进入人类将进入新的纪元。这一说法并非空穴来风。目前，传统超导技术已经被广泛应用在了军事、医疗、能源等领域，而室温超导实现以后，应用领域将被大幅拓宽，毫无疑问，这将是一场革命性的工业升级。

而高温超导材料在制造工艺上仍需克服加工脆性等问题，因此生产成本较高、生产难度较大，仍在商业化的初期阶段。实现超导现象需要维持低温的环境，即使是高温超导材料，所需要的温度也仅仅是高于零下248摄氏度。持续的超低温环境往往需要依赖于液氦或其他设备，这极大地增加了超导材料的应用和维护成本，因此无法低成本下被大规模应用。

室温超导的热潮为人们编织了一个如科幻电影般的无损世界，但现在谈商业化运用似乎还太早，目前低温和高温超导材料仍然是主流，室温超导材料仍有很长一段路要走。最后，让我们一起期待这个科技创新的未来，期待室温超导改变我们的世界。

来源：南风窗、《环球》杂志、蓝鲸财经等