超導(dǎo)到底是個啥玩意，為何發(fā)現(xiàn)常溫超導(dǎo)會改變世界？

超導(dǎo)這個名詞常常會出現(xiàn)在一些科學(xué)文章中，時而熱上一陣子，又沉寂一陣子。最近又暴熱起來，起因是韓國一個科學(xué)團隊突然在一個預(yù)印本網(wǎng)站arXiv發(fā)表論文稱，他們發(fā)現(xiàn)了全球首個室溫超導(dǎo)材料，可以在127攝氏度以下表現(xiàn)出超導(dǎo)性。

這款常溫超導(dǎo)體名為“改性鉛磷灰石晶體結(jié)構(gòu)”的材料，簡稱LK-99，就是一種摻雜銅的鉛磷灰石。果真如此，將是科學(xué)發(fā)展史上一個驚天突破，必然地引起了世界物理學(xué)界的轟動。

超導(dǎo)是什么？

超導(dǎo)這項技術(shù)，起源于20世紀(jì)，一直游蕩在21世紀(jì)科技前沿，看起來與普通人的日常生活隔得很遠，其實是越來越近。那么啥為超導(dǎo)呢？弄清這個科學(xué)名詞的通俗意義，吃瓜大眾們就不會覺得與己無關(guān)了。

超導(dǎo)一般是超導(dǎo)體的簡稱，英文名為superconductor，又叫做超導(dǎo)材料。超導(dǎo)體具有三個基本特性，即完全導(dǎo)電性、完全抗磁性、通量量子化。

完全導(dǎo)電性即零電阻效應(yīng)，是指某物質(zhì)在一定溫度條件下，電阻突然消失的現(xiàn)象。所謂電阻，就是物質(zhì)中阻礙電子流動的能力，是一個物理量，單位為Ω。不同物質(zhì)，電阻都不一樣，在通常情況下，不存在沒有電阻的物質(zhì)。

導(dǎo)體的電阻越大，表示導(dǎo)體對電流的阻礙作用越大。在常見金屬導(dǎo)體中，銀的電阻最小，為1.65*10^-8Ω/m，其次為銅、金、鋁，電阻分別為1.75*10^-8Ω/m、2.4*10^-8Ω/m、2.83*10^-8Ω/m。一般定義為：電阻小于10^-25Ω時被認為電阻為零，該材料則視為超導(dǎo)體。

完全抗磁性又叫邁斯納效應(yīng)，是指磁力線無法穿越超導(dǎo)體，超導(dǎo)體內(nèi)部磁場為零，而不受周邊磁場干擾的現(xiàn)象。所有物質(zhì)都有磁性，且抗磁性是很弱的，因此在任一具有物質(zhì)的空間，物質(zhì)都會受到磁力干擾。而超導(dǎo)物質(zhì)由于表面能夠產(chǎn)生一個無損耗超導(dǎo)電流，就會抵消內(nèi)部的磁場而呈現(xiàn)出完全的抗磁性。

所謂完全抗通量量子化又稱約瑟夫森效應(yīng)，是指當(dāng)兩層超導(dǎo)體之間的絕緣層只有原子厚度時，可以發(fā)生量子隧穿效應(yīng)，即電子可以穿越絕緣層這個“墻壁”產(chǎn)生超導(dǎo)電流。這種現(xiàn)象讓人們了解了亞原子微觀世界的奇異之處，也解決了許多科學(xué)發(fā)展應(yīng)用上的難題。

由于超導(dǎo)有這么一些奇異特征，由此為人類社會發(fā)展提供了許多可能。如用超導(dǎo)材料做成的電線，由于沒有電阻，可以環(huán)繞地球而不損耗功率，省卻了大型變壓器升壓的麻煩；采用超導(dǎo)材料完全抗磁性特點，做成的磁懸浮列車，可以漂浮在軌道上無摩擦的運行等等。

事實上，超導(dǎo)材料早就問世了，并且已經(jīng)開始應(yīng)用在社會生活的方方面面，但這種應(yīng)用目前還受到了很大限制，主要就是材料的超導(dǎo)性能需要極其嚴(yán)苛的條件才會發(fā)生，如要求極低的溫度等。

現(xiàn)在的磁懸浮列車，超導(dǎo)線圈是磁懸浮列車的關(guān)鍵設(shè)備之一，要讓列車懸浮在軌道上，列車的超導(dǎo)線圈就必須始終保持在零下196攝氏度低溫狀態(tài)，為了保證這種低溫，每一節(jié)列車上都要裝上一臺液氮壓縮制冷機，以維持超導(dǎo)線圈的溫度。

由此可見，目前的超導(dǎo)體得到的主要條件就是低溫，而極端的低溫條件是很難做到的，更難在社會生活中廣泛應(yīng)用。由此，一百多年來，科學(xué)家們?yōu)榱俗尦瑢?dǎo)這項技術(shù)推向社會，就絞盡腦汁地在提升超導(dǎo)的臨界溫度上下功夫。

最早的超導(dǎo)體是荷蘭物理學(xué)家卡莫林·昂納斯發(fā)現(xiàn)的，他是在不斷獲取低溫的過程中發(fā)現(xiàn)這種奇異現(xiàn)象的。為了獲得更低的溫度，他先后通過液化氯甲烷達到-90℃，液化乙烯達到-145℃，液化氧氣達到-183℃，液化氫氣達到-253℃；終于在1908年成功地實現(xiàn)了最后一種永久氣體——氦氣的液化，得到了-269℃的低溫。

在這以后，他用液氦抽真空的方法，得到-272℃這種接近絕對零度低溫。

1911年，他首次發(fā)現(xiàn)了在4.2K的液氦中，水銀（汞）的電阻突然消失了，由此，超導(dǎo)現(xiàn)象進入了人類視野，并被發(fā)現(xiàn)具有越來越多的潛在應(yīng)用價值。要知道，要得到零下296攝氏度的液氦是極其艱難的，100多年來，科學(xué)家們一直想得到溫度更高條件下的超導(dǎo)體。

想想說說很容易，任何科學(xué)發(fā)現(xiàn)要真正實現(xiàn)都很難很難。一直到1941年，德國物理學(xué)家阿瑟曼（G.Ascherman）才發(fā)現(xiàn)了首個可以超越液氦區(qū)的超導(dǎo)材料，即氮化鈮（NbN），其臨界溫度可提升到15K，也就是零下258攝氏度；到了1954年，貝爾實驗室的馬賽阿斯（B.T.Matthais）找到了鈮三錫（Nb3Sn），溫度提升到了18.3K；1973年又獲得了鈮三鍺（Nb3Ge）薄膜，溫度提升到23.2K。

這以后，十幾年低溫超導(dǎo)的臨界溫度提升都沒有進展。一直到1987年，美國休斯敦大學(xué)朱經(jīng)武教授和阿拉巴馬大學(xué)的吳茂昆教授兩位華裔科學(xué)家，才發(fā)現(xiàn)了液氮以上溫度的氧化物超導(dǎo)體，這就是釔鋇銅氧（YBCO），化學(xué)式為YBa2Cu3O7-x，臨界溫度可達90K，也就是約零下183攝氏度。

再后來，雖然科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)了一些臨界溫度更高的超導(dǎo)材料，但實現(xiàn)的條件十分苛刻。如1988年發(fā)現(xiàn)的汞系超導(dǎo)材料臨界溫度可達164K，2015年發(fā)現(xiàn)硫化氫在臨界溫度可達203K，后來更發(fā)現(xiàn)氫化鑭（LaH10）在接近室溫250K（-23°C）時，成為穩(wěn)定存在的超導(dǎo)體。

但這些“高溫”超導(dǎo)體都需要在極高壓力條件下才能實現(xiàn)，如氫化鑭需要在170GPc的密封環(huán)境中，通過原子核的量子波動作用在廣泛的壓力區(qū)域，成為穩(wěn)定存在的“量子固體”。這些接近地心壓力的極端環(huán)境目前只存在于實驗室微觀領(lǐng)域，在現(xiàn)實中是無法做到的，因此即便有這樣的“高溫”超導(dǎo)體，拓展應(yīng)用的意義也不大。

由此可見，要讓超導(dǎo)材料越來越廣泛的造福人類，關(guān)鍵是找到臨界溫度更高的材料，且越接近常溫越好，而且實現(xiàn)的條件不能太苛刻，如需要極端的高壓等等。

那么，世界上是否真的存在常溫常壓下的超導(dǎo)材料？我想或許會有，只是還沒有找到。

在科學(xué)界，有關(guān)常溫超導(dǎo)的話題屢被提起，但常常是泛起一陣子后就銷聲匿跡了。如在前些年，就曾經(jīng)炒作過一位叫曹原的中國神童，他在美國留學(xué)，僅20歲左右就在《自然》雜志發(fā)表了數(shù)篇重磅論文，是有關(guān)前沿科技石墨烯的應(yīng)用，涉及常溫超導(dǎo)。

那一陣，就不少人驚呼，常溫超導(dǎo)就要來了！而且是中國少年發(fā)現(xiàn)的！但冷靜的人們一看就根本不是那回事，后來果然就沒了下文?，F(xiàn)在數(shù)年過去了，那位勵志學(xué)成回國報效的曹原也不知真的回來了沒有，其研究是否有新的進展也未可知。

那么，現(xiàn)在的韓國團隊常溫超導(dǎo)真的成功了嗎？目前科學(xué)界還是持著半信半疑的態(tài)度，爭議很大。至少，現(xiàn)在還沒有一家科學(xué)機構(gòu)或團隊復(fù)現(xiàn)過這個成果。

所謂科學(xué)無國界，就是基礎(chǔ)科學(xué)的研究成果都必須是公開透明的，其成果必須經(jīng)過全世界任何人采用科學(xué)方法進行驗證，只有能夠復(fù)現(xiàn)的成果，才能被科學(xué)界承認，否則，就不會得到科學(xué)界的承認。

目前，這個成果既然還沒有得到其他科學(xué)團隊的驗證，就可以認為其還不能成立。

韓國這個研究團隊由韓國電子通訊研究院、量子能源研究所、高麗大學(xué)、漢陽大學(xué)等機構(gòu)的學(xué)者組成。論文引起國際關(guān)注后，量子能源研究所的代表李碩裴在接受韓聯(lián)社采訪時說，研究團隊并沒有準(zhǔn)備好發(fā)表論文，這個論文是在高麗大學(xué)研究教授權(quán)英完未征得其他作者同意的情況下，擅自發(fā)布的。

而另一作者，電子通訊研究院的金賢卓則表示，論文還有許多缺陷，是在未經(jīng)其許可的情況下發(fā)表的。從同一天發(fā)的兩個預(yù)印本作者署名也可以看出，這個團隊作者之間的矛盾。日前，該團隊正在向arXiv要求下架論文。

這就給這個所謂“常溫超導(dǎo)”拉上了一層更加撲朔迷離的面紗，到底是一場鬧劇、喜劇，還是悲劇，最后的真相如何，相信不久就會大白于天下。我個人觀點，這次的所謂常溫超導(dǎo)成果至少不是喜劇。

或許，這個團隊經(jīng)歷了數(shù)十年研究，在某些方面取得了一定進展和突破，但要實現(xiàn)真正大的常溫超導(dǎo)還任重道遠，需要世界各國科學(xué)家鼎力合作，有一個較為漫長的過程。你說呢？歡迎討論。

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