室温超导“争议”背后，一场跨越30年的爱恨纠缠｜相聚万花筒

短短数月后，室温超导再一次成为焦点。

8月1日，美国顶级科研机构劳伦斯伯克利国家实验室（Lawrence Berkeley National Laboratory，LBNL）——简称伯克利实验室——的研究人员在arXiv上提交了一篇论文，论文结果支持 LK-99 作为室温环境压力超导体。

因为室温超导是关系全人类命运的重大课题，结果一出，全球科技界哗然：如果实验结果能进一步得到证实并实现应用，意味着困扰人类科技界百年的难题或就此见到曙光，甚至是人类科技界的又一次巨大飞跃，用“第四次工业革命”来说也不为过。

事情还要从10天前说起。彼时，韩国量子能源研究中心（Q-centre）、高丽大学的研究团队宣布成功合成了世界上第一个室温常压超导体，即在常压条件下，一种改性的铅-磷灰石(命名为LK-99)能够在127℃(Tc≥400k)以下表现为超导体。

其实在学术界，这并非是第一次出现有关室温超导的研究论文。但由于要研究的课题太过于艰深，许多结果出来后都引来质疑并最终撤稿。就在几个月前，罗切斯特大学的Ranga Dias教授宣称实现了室温超导，但仅仅两个月以后，就被南京大学闻海虎教授团队发表论文推翻了。

因此韩国研究团队的结果出来后，中美等国开始进行室温超导验证试验，以验证结果的准确性。

图1：(a) 具有两个不等效的Pb位置的磷酸铅磷灰石结构。O或OH形成的柱位于由Pb(2)六角结构定义的中心柱中。(b) 计算得出的Pb10(PO4)6OH2的电子局域化函数。环绕Pb(2)的氧被孤对电子排斥。

图3：计算得出的自旋极化电子能带结构（左图）和相应的态密度（右图）。自旋向上的能带以实心橙色表示，自旋向下的能带以虚线蓝色表示。总的态密度以灰色阴影显示，并显示了Cu-d轨道（粉色）及其相邻的O-p轨道（绿色）的投影。

LBNL在论文中称，这些理论结果表明，磷灰石结构为稳定高度局域化的Cu-d9态提供了独特的框架，形成费米能级上的强关联平带。镉（2）的立体化学活性的6s2孤对电子起着核心作用，表现为手性电荷密度波的形成以及由连接的多面体引起的结构扭曲的传播。当Cu取代Pb（1）位置时，会发生一系列的结构改变，包括减小的晶格参数，配位数的变化和改变的多面体倾斜，从而导致在Cu周围形成一个局部的扭极-泰勒畸变的三角柱。这导致了一个异常平坦的孤立dyz/dxz能带集合，达到了半充填状态。

论文最后说，这里所呈现的计算结果表明，对适当的位置（Pb(1)）进行铜取代显示出许多高临界温度超导的关键特征，即特别平坦的孤立d-能带集合，以及可能存在的磁性、电荷和声子的涨落。然而，对于其他Pb(2)位置的取代似乎没有这种所期望的特性，尽管它是能量较低的取代位点。这个结果提示合成挑战，即在获取大块超导样品时，在适当的位置上获得铜取代物。尽管如此，鉴于这些迷人的理论迹象和可能存在的高临界温度超导的实验报告，预计这种新材料类别的发现将推动更多关于掺杂磷灰石矿物的研究。

几乎同时，B站UP主“关山口男子技师”于8月1日下午发布了一个视频，该视频显示，华中科技大学材料学院成功首次验证合成了可以磁悬浮的LK-99晶体，该晶体悬浮的角度比Sukbae Lee等人获得的样品磁悬浮角度更大，有望实现真正意义的无接触超导磁悬浮。

不过该UP主也说，目前只是验证了迈斯纳效应，也有网友评价，通过这个视频可以看到LK99是具有抗磁性的，但超导性和通量量子化还有待验证。

超导体具有三个基本特性：完全导电性、完全抗磁性、通量量子化。目前UP视频验证的是这个物质具有迈斯纳效应（又称完全抗磁性），属于证明超导的必要条件之一。

所谓迈斯纳效应，一个磁体和一个处于超导态的超导体相互靠近时，磁体的磁场会使超导体表面中出现超导电流。此超导电流形成的磁场，在超导体内部，恰好和磁体的磁场大小相等，方向相反。

这两个磁场抵消，使超导体内部的磁感应强度为零，B=0，即超导体排斥体内的磁场。

100多年前，荷兰物理学家昂内斯（Kamerlingh Onnes）为人类打开了超导这扇大门。1911年，昂内斯在研究中发现，当温度降到4.2K以下时，金属汞（Hg）的电阻突然降为零，而这并不是任何实验上的纰漏导致的。

自此，汞成为了科学家发现的第一个超导体，其超导Tc为4.2K。所谓的超导Tc即超导转变温度，也就是超导体由正常态进入超导态的温度。

零电阻是超导体的基本特征之一，此外一个重要的基本特征则是迈斯纳效应。继昂内斯上述发现20余年后，迈斯纳在研究测量中发现，材料处于超导态时，其内部磁场为零，展现出完全抗磁性，这也就被称为迈斯纳效应。

超导现象的发现被认为是20世纪最伟大的发明之一。然而，发展至今，超导体的实际应用基本局限于磁悬浮等少数特定场景下。

因此，LK-99的出现不禁让世人惊呼：莫非困扰人类百年的难题就此看到突破的曙光？而且从韩国团队的论文来看，LK-99的制备过程似乎相当简单。样品合成过程具体包括三个步骤：第一步，将氧化铅和硫酸铅粉末在陶瓷坩埚中以各50%的比例均匀混合，混合粉末在725℃的炉中加热24小时发生化学反应。第二步，将铜和铅粉末按比例在坩埚中混合，合成磷化亚铜，让混合后的粉末处于相应的真空封管状态下，然后置于炉内550℃加热48小时。在此过程中，混合材料发生相变，形成磷化亚铜晶体。第三步，将上述两步所得物质磨成粉末，并在坩埚中混合，再将混合粉末真空封管，在925℃的炉内加热5至20小时。

在此过程中，混合粉末反应转化为最终材料，一种灰黑色的铜掺杂的铅-磷灰石，这种多晶材料也就是他们命名的LK-99。

他们总结称，LK-99的超导性已经通过超导临界温度Tc、零电阻率、临界电流(Ic)、临界磁场(Hc)和迈斯纳效应得到了证明。

研究人员在新的预印本论文中表示，一种叫做LK-99的铅、铜、磷和氧的化合物，在高于400开尔文的温度和环境压力下可以成为超导体。目前大多数超导体还只能在低于200开尔文的温度下实现。

“炼制”LK-99的材料的方法，图源网络

为表明实验结果可靠，7月26日凌晨3时31分，金铉德上传了一则视频，视频显示：将一个不规则的类圆柱薄片放在磁铁上方，可以明显看到薄片一侧翘起、悬空，呈“部分悬浮”。

不过，对于韩国团队的研究结果，国内一些专家学者则表达了不一样的观点。

南京大学物理学院教授闻海虎向澎湃科技表示，“真的很热闹，但也不奇怪的，因为这个事情很重要。“大部分（热议）人都不是做超导的。”“我们仔细分析了他们的数据，从三个方面——电阻、磁化和所谓的磁悬浮，都不足以说明它是超导现象（材料）。”“我们判断（它所谓的超导）极有可能是个假象。”

是否真的存在一种材料能够在常温常压下进入超导状态？

闻海虎表示不排除存在，“但是这是很远大的一个目标，至于在我们有生之年能不能看见，不知道。所以现在韩国的结果出来，大家都很兴奋。如果是真的，大家都很高兴。但是目前的证据不足以证明它是超导材料。”

一位中国科学院专家也认为，韩国科学家的数据不足以支撑自己的宣称，实际上没有任何零电阻的证据，他们错把一个没有超导的材料当成了超导。真正的超导磁悬浮是完全浮在空中，而不是像韩国的样品这样一侧靠在底座上。

“韩国科学家的视频，相形之下就像《西游记》第二回里菩提祖师说孙悟空，‘这个算不得腾云，只算得爬云而已’！”

北京航空航天大学的论文也称，尽管他们合成的LK-99与韩国团队先前报道的LK-99的结构数据一致，但他们没有检测到其超导性，相反，反而发现了类似半导体的特性；该材料在室温下的电阻率约为1.94×10^4Ω/cm。

此外，研究团队在论文中指出，当他们把压制的前述LK-99颗粒在室温下置于磁体顶部时，没有发现排斥现象，也没有观察到磁悬浮现象。“这些结果表明，声称改性的铅磷灰石中存在室温超导体的说法可能需要更仔细地重新审查，特别是在电传输特性方面。”

实现室温超导一直是科学家们的梦想，若能成功实现，将极大地拓展了超导技术的应用领域，例如它可以实现完美高效的电网、悬浮列车、商业上可行的聚变反应堆等等，引发一次科学和工业领域的革命也不为过。比如有分析人士在接受媒体采访时也称，超导状况 (电阻消失) 特性将会颠覆既有的产品设计与材料/技术采用，如不再需要散热系统、光纤/高阶CCL被取代等，让即便是小如iPhone的行动装置，都能拥有与量子计算机匹敌的运算能力。

因此，若常温超导真的如韩国研究团队所言，这无疑是科技界一次历史性的突破，足以引发第四次工业革命。对此，我们也将保持高度关注。

最后，跟大家分享一下为什么韩国团队这次研究成果是分两次上传的：

7月22日7时51分，一篇题为《首个室温常压超导体》（The First Room-Temperature Ambient-Pressure Superconductor）的研究文章在预印本网站arXiv上公开。

该论文由韩国高丽大学教授权永完（Young-Wan Kwon）上传。

在上述论文发表的2.5小时后，7月22日10时11分，同一主题的另一篇论文《超导体Pb10-xCux(PO4)6O 在室温和大气压力下的悬浮现象及其机理》（Superconductor Pb10−xCux(PO4)6O showing levitation at room temperature and atmospheric pressure and mechanism）也被提交至arXiv网站。与稍早前公开的论文相比，后者被认为更严谨，对材料样品的制备过程描述更为详尽、充分，不过部分注释还是韩语。

之所以在这么短时间内上传了2份论文，从目前得到的信息看，很可能是因为内讧。

不论最终结果如何，LK-99试验背后，是一段跨度近30年，充满爱恨、执念、苦痛、希望与信仰的故事。

故事还要从1994年说起。高丽大学化学系创始人崔东植提出了一个与主流观念背道而驰的ISB理论（Inter Atomic Superconducting Band，原子间超导带理论），但关心这个理论的人寥寥无几，只有他的两个学生李石培和金智勋沿着这条路，跟着老师的步伐“一条道走到黑”。但日复一日的枯燥试验却看不到任何希望，两个学生逐渐动摇。用4年时间完成博士学位后金智勋放弃了，去了一家供应助听器电池的小公司，朝九晚五。

李石培又坚持了5年，但实在看不到希望，去了一所私立高校担任计算机老师，旱涝保收。

十年很快过去。年轻人李石培（Sukbae Lee）和金智勋（Ji-Hoon Kim）也成了中年人。他们的老师崔东植也成了老人，在病重弥留之际将这两个爱徒叫到床边：你们就想这样放弃吗？

在老师崔东植心目中，室温超导的梦想，从未熄灭。

于是，中年人李石培和金智勋再次燃起热血，就像20岁的时候。但因为没有经费，他们找到了高丽大学的教授权永完。

故事在这里形成了交集。

随后美国威廉与玛丽学院金铉卓教授加入，团队结构发生变化，权永完被边缘化。一次激烈冲突后，权永完被Qcenter解雇。于是发生了7月22日早上7点的一幕。

室温超导大概率不可能就此轻易实现，但人类追求科学的精神，却永远闪耀。

参考

1.https://m.yicai.com/news/101824682.html

2.https://mp.weixin.qq.com/s/iFd9BJZVFkI6qV35uKIOnQ

3.https://mp.weixin.qq.com/s/0C9Hiijc_Vgk6jpd59kMjg

4.https://mp.weixin.qq.com/s/Bvqu0X406-iOzkcMChORPA

5.https://baijiahao.baidu.com/s?id=1773076385100103488&wfr=spider&for=pc

6.https://m.thepaper.cn/quickApp_jump.jsp?contid=24024641

7.https://arxiv.org/abs/2307.16892

8.https://www.bilibili.com/video/BV14p4y1V7kS/?share_source=copy_web&vd_source=1bcbd594ff7387aa787cfe2e47301d7f

9.https://new.qq.com/rain/a/20230802A03K9J00

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