常温超导，谨慎悲观——咱们还是讨论下中国男足夺冠吧

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常温超导，谨慎悲观——咱们还是讨论下中国男足夺冠吧

2023-08-04 19:39:52 来源：顶端新闻

7月26日，全世界的科学界和舆论界开始沸腾了，因为韩国一个科研团队连续发表了两篇论文，说是发现了常温常压下的超导体。

如果这个是真的，那的确是可以改变世界的重大科技进展。因为超导独特的物理性质（比如零电阻和完全抗磁性），具有无限美好的应用空间。

而且韩国人真的实现了，我完全能接受，毕竟韩国很可能是全人类的发源地。最近，韩国新出土了一批70多年前的人类遗骸，与西方16个国家完全吻合，有黑人也有白人。

(相关资料图)

然而理想是丰满的，现实却是残酷的，人类寻找超导材料的艰辛历程，咱们有一说一，有一万说一万卡bug是常有的事情，而且一卡就是十几年。

第一次卡在了零下238度（35K），一卡就是75年。从1911年的零下269度（临界转变温度4K）进步到零下238度（35K），用了75年。

1986年科学家意外发现了镧钡铜化合物的转变温度高达零下238度（35K）。而之前，超导材料的最高临界转变温度只有23K（零下250度）。

这个突破已经是重大突破了，超导研究已经算是进入高温区间。在这一成果的激励下，全世界引发了新一波超导研究的高潮，几乎全世界的材料实验室都在烧炉子。

而下一次重大突破，则是中科院物理所的赵忠贤团队，1987年，他们团队将钇钡铜氧高温超导的临界转变温度提升到零下183度（93K）以上。

这个突破为什么意义重大呢？因为他们把超导材料带入到了液氮区间。人们利用液氮就可以获得超导材料工作的低温环境，让维护超导工作的成本，大大降低（此前需要用液氦）。

全世界第一条投入运营的高速磁悬浮线路——上海磁悬浮铁路所用的超导材料，就是钇钡铜氧高温超导。在可控核聚变领域，这种超导材料的应用也越来越广泛。

但是这种材料也有缺点，作为一种陶瓷新材料，强度、弹性和延展性都很差，不易加工成复杂形状，即使加工成了也很脆弱易断裂。

所以国际热核聚变堆上，宁愿用转变温度为零下264度（9K多）的低温超导，因为这种超导是铌合金，虽然降温成本很高，但是金属材料易于加工。

合肥的人造太阳、全超导托克马克聚变装置东方超环（EAST），用的也是低温超导，主打的也是稳定性。一旦哪地方断裂了，排查起来那就麻烦大了。

超导材料加工和批量生产，是工业应用和加工工艺的事情。而寻找高温超导和室温超导材料，则是科学家的事，必须先找到再说。

突破了液氮区间之后，人类的下一个目标是干冰区间，也就是零下78度（195K）以上，这个温度是干冰的升华点，如果突破了这个温度，人们可用更便宜的干冰来实现超导。

但是这个突破是艰难的，从1987年到现在，又有36年过去了，人们一直没有进入干冰区间。而目前最高记录，是1993年钛钡钙铜氧系突破的零下135度（138K）。

虽然温度上没有突破，但理论路径上有进展，比如铁基超导。2008年，又是赵忠贤团队，把铁基超导材料的温度提高到了零下218度（55K）以上。

他凭借此项成果获得了空缺多年的国家自然科学一等奖、2015年的国际超导领域的最高奖——马迪亚斯奖、2016年的国家最高科学技术奖等。

转变温度不是很高，为什么也能获得如此多的奖项呢？第一，开启了超导领域的另一扇大门——铁基超导；第二，铁基超导优点多，更易于应用。

铁基超导家族庞大，已经有3000多种分支，且已经进入液氮区间，最高已达零下138度（135K）。而且铁基超导更类似于金属材料，可承载的电流容量大、材料更容易加工成线材。

超导突破为什么这么难呢？我不是相关领域的研究人员，我只能从一个理科生的角度，粗浅的去理解一下，首先我们从电阻的产生说起。

电荷（电子）的定向移动形成了电流，电流所流经的路径叫做电路。但路跟路不一样，宽敞的大马路和狭窄的羊肠小道不一样。

同样宽敞的高速公路和城市街道也不一样，同样宽敞的道路不同的车流量、不同的路况驾驶体验也不一样。电路其实也是一样。

初中物理告诉我们，构成物质的分子和原子（包括离子），其实都在不停地做无规则运动，且温度越高，这种无规则运动越剧烈，因此这种无规则运动又叫做热运动。

反之，温度越低这种热运动就越平缓，在绝对零度也就是低温极限时（零下273度或者0K），这种热运动就停止了，也因此物体的温度无法进一步降低。

可以设想我们开车，最提心吊胆的路况就是人车混行。行人的行进路线，具有一定的不可预测性（或者随机性），突然出来一个鬼探头你说吓人不。

电子在导体中开车也是一样，最担心的就是这种无规则运动。一个电子可以左躲右闪，但是无数电子，必然有很多撞到原子、分子（或原子分子组成的晶格）的。

对电子来说，道路受阻、通行不畅，电阻就形成了。也因此可以解释，为啥一般情况下温度越高，固体导体的电阻就越大，因为温度越高，横冲直撞过来的鬼探头越多。

相反，温度降低到一定程度，某种导体原子（分子）或晶格的热运动近乎停止，对于电子来说相当于净了街了，于是就出现了超导现象。只不过不同材料净街标准不一样。

所以超导材料很难找，因为分子（原子）、晶格的热运动是普遍现象。如何让分子原子晶格老实一点呢？科学家找到了另一条路径——加压。

给材料加上超高压强，这时原子和原子之间（晶格和晶格之间）的排斥力变得很大很大，各自活动的空间受限，无规则热运动被强行压制住了，大家的位置相对固定。

而电子的直径，又比原子小了五个数量级，受到的影响可以忽略不计。因此在超大压强的情况下，原子（晶格）变木头人了，于是人们在更高的温度下实现了超导。

2014年，吉林大学的马琰（yǎn）铭教授领导的研究组，预言硫化氢在高压下可变为高临界温度的超导体。第二年这一预言被证实，150万个大气压下，硫化氢变成了超导（临界温度零下70度，203K）。

2017年，马琰铭领导的课题组预言稀土元素的氢化物在高压下可变成超导体，临界温度比硫化氢更高。这个预言2019年被证实。170万个大气压下，LaH10变成超导体，临界温度为250K，即零下23摄氏度。

2019年马琰铭课题组继续预言，说Li2MgH16在高压下会变成超导体，且临界温度高于室温。2020年这个预言被证实，155万个大气压临界温度是288K，也就是15度。

但是这除了理论意义，有什么实际用途呢？高压锅中，也只是1.8个大气压；马德堡半球实验中，把两个半球紧紧扣在一起的，也不足一个大气压。汽车轮胎中，也无非两三个大气压，爆胎已经很恐怖了。

10米高的水柱底部，可以形成一个大气压的压强。这意味着世界最深的马里亚纳海沟沟底的压强，也只是1100个大气压。

上百万个甚至数百万个大气压，条件还是太苛刻了。这种研究有理论价值和科研价值，但在应用上，还没有常压下的液氮区间、或者干冰区间更现实。

而且吧，在超导领域，是一个很容易滋生大跃进、浮夸风的领域，几乎每年都有人放卫星。这也可以理解，冷板凳不是谁都能坐的住的。

比如在赵忠贤团队还在为进入液氮区间连夜奋战时，有美国科学家就宣布找到了240K的超导材料，印度甚至有科学家宣布率先找到了室温超导材料。

这时苏联脸上挂不住了，于是莫斯科大学在1987年6月宣布把超导转变温度提高到了308K，也就是零上的35度。

法国还算是保守，其国家科学研究中心在1994年就宣布发现了零下23度（250K）的超导；当时也是说突破性进展，超导进入了干冰区间，可现在还没有复现。

反正吹牛不上税，此外对于整个行业（领域）也不是一件坏事，毕竟能刺激一下舆论，刷一下存在感，骗一骗经费，战忽一下对手，甚至还可能割一把韭菜。

今年年初，美国物理学年会上爆出了惊天大新闻，说是来自罗彻斯特大学的斯里兰卡裔学者Dias团队宣布，他们实现了近环境压强下的室温超导，后来又说材料丢失。

这次韩国科研团队宣布发现了室温超导材料，我第一感觉是不太信是真的，因为太难了，全球科学家已经努力了上百年，韩国科学家捡漏的可能性不大。

但是我还是决定再看一看，虽然可能性不大，捡漏这种事在科学上是有的，比如青霉素的发现，超导现象的发现，以及石墨烯的发现。

而且韩国这个，比斯里兰卡那个阿三还是要靠谱得多，毕竟他们在冷板凳上炼丹，已经炼了二十多年，不是完全瞎吹，还是有理论和实践意义。

同时，韩国团队的超导进展，也反映出了百年变局，也就是中美两强争霸，因为只有来自中美两国的科研团队纷纷下场，对韩国团队的思路进行验证。

7月28日	南京大学	闻海虎教授认为，韩国团队的数据不能证明其为超导，很可能是超导假象
7月31日	美国LBNL	美国劳伦斯伯利克里国家实验室用理论证实韩国团队成果具有一定的可能性
7月31日	北航	提交了两篇论文，称并未发现LK99的超导特性
8月1日	华中科大	证实LK99有抗磁性，由于样品只有一块无法证实是否具有零电阻特性
8月2日	曲阜师大	把温度降到了零下223度（50K），仍未发现其零电阻特性
8月3日	东南大学	在零下163度（11K）时，观测出了零电阻