受到高度关注!全球争相测试室温超导突破真伪

【环球时报驻韩国特约记者 林森 环球时报记者 曹思琦环球时报特约记者 陈山】韩国研究团队近日宣布制备出“世界首个常压室温超导体”的消息,在全球引发的关注越来越广泛,甚至影响到金融市场、导致多国超导概念股价的火爆上涨。值得注意的是,在短短几个月内,已经接连有来自不同国家的三个团队宣布“在室温超导领域取得突破”。为何室温超导如此受到国内外的高度关注,它又有什么样的应用前景呢?

自从7月22日韩国量子能源研究所研究团队公开了在常温常压条件下制造超导物质“LK-99”的论文后,全球对于“室温超导”的关注迅速出圈,不但来自各国的多个研究团队争相进行重复实验,全社会也对此予以极大关注。对于此事引发的巨大压力和争议,据韩联社8月2日报道,韩国超导低温学会2日在官网上发布公告,将组成专家验证委员会对该室温超导体进行科学研判。韩国超导低温学会方面表示,根据正常程序,应该等待国内外研究机构的验证结果,但过去数日全球针对该成果的真伪产生很大争议,因此决定成立专门的验证委员会。验证委员会委员长将由首尔大学教授金昌永担任,成员来自首尔大学、成均馆大学、浦项工大等。截至目前,韩国成均馆大学、高丽大学、首尔大学等相关研究机构仍在进行重现LK-99的实验。

根据韩国量子能源研究所研究团队在预印本平台arXiv发布的两篇论文,他们声称合成了代号“LK-99”全球首个常压室温超导体——改性铅-磷灰石晶体,能在127摄氏度以下表现为超导体。该论文公布后,引发了业内的高度关注,各国迅速展开了重复实验。北京航空航天大学团队发布的预印本论文表示,合成的LK-99的室温电阻不为零,也没有观测到磁悬浮现象。印度国家物理实验室表示,未观察到磁悬浮现象。但美国劳伦斯伯克利国家实验室的理论计算发现,LK-99有室温超导的可能性,中国华中科技大学材料学院常海欣团队在B站发布的实验视频称,复现了韩国团队的磁悬浮实验。

就在国际上对这项室温超导新突破的争议和支持声接连不断之际,韩联社7月28日报道称,该研究团队成员透露,相关论文其实还没有完成且“存在很多缺陷”,是一名团队成员未经其他作者许可擅自发表的,目前已要求网站下架论文。此消息更引发外界对该成果的猜疑。韩国纽西斯通讯社8月2日称,常温超导体是可以获得诺贝尔奖的重大发现,韩国超导低温学会此前对量子能源研究所发布的两篇论文和已经公开的影像资料进行判断后认为,现阶段还难以将该物质定性为常温超导体。为消除韩国内外的各种疑惑和争议,学会成立“LK-99验证委员会”,由物理、材料、电气、机械等领域的专家构成。韩国超导低温学会会长崔敬达表示:“如果常温超导体被验证成立,那么将是对科技领域产生巨大影响的划时代研究结果,但此次研究没有经过学术验证就公开,对后续产生的经济和社会影响表示担忧。”据介绍,韩国超导低温学会是由韩国物理、材料、机械、电气等专家组成的超导学术团体,由1988年成立的韩国超导学会和韩国超导低温工学会于2019年合并而成。

就在韩国量子能源研究所发布新发现后不久,美国泰吉量子公司也声称“发现室温超导材料”,这是一种石墨烯泡沫材料,但没有同时公布相关实验数据。今年3月,美国罗切斯特大学教授朗加迪亚斯宣布,发明了在1万个大气压下、21摄氏度能产生超导现象的新材料。今年以来这一系列室温超导的“新突破”不但让学界对其关注度大增,同时还引发资本市场的狂热,韩国、美国股市的超导概念股近日接连大涨。

据韩国MBC电视台8月2日报道,韩国证券交易所警告称,随着与超导有关的股票大幅上涨,交易所已经对部分股票发出投资警告。据悉,韩国某相关企业股价从7月27日开始连续上涨,8月1日和2日还连续两天涨停。报道称,虽然超导材料将对人类科技和生活带来巨大改变,但即使LK-99的相关论文被证明是正确的,室温超导技术距离现实应用还有相当长的路要走。专家们普遍认为,要警惕对超导的过度期待,同时进行慎重投资。

北京理工大学自动化学院副研究员郑冬冬对《环球时报》记者介绍说,所谓超导,就是在特定条件下材料电阻为零的特殊物理现象。现在常用的导电材料包括铜和铝等,它们的电阻相对较小;金和银的电阻更小,但也达不到零电阻。超导现象最早由荷兰物理学家昂内斯于1911年发现,但材料要转变为超导状态需要将温度降低到极低才能实现,这就意味着需要有专门的制冷设备维持材料处于低温状态,因此超导体在实际应用上还比较困难。

郑冬冬举例说,超导材料在核磁共振、电力传输、高速磁浮交通和可控核聚变等领域存在巨大应用优势。比如说输电线,因为导线存在电阻,输电过程中会损失很多能量,所以需要采用特高压技术,提高电压、减小电流,从而减少能耗。如果采用室温超导材料做导线,就不需要那么高的电压了。另外,目前正在研发的可控核聚变,也需要用很强的磁场来束缚等离子体,从而维持核聚变的发生。但是磁场一般是用电来产生的,很大的磁场就需要很大的电流,也就有很大的能耗,同时会大量发热。如果用超导材料,没有电阻,就不会有能耗,也不会发热,那就更容易实现可控核聚变。此外,虽然现在有实验性质的磁悬浮高铁,但是为了实现悬浮,同样需要采用大电流实现强磁场,同样能耗很高。但是如果用室温超导材料的话,就不存在这些问题了,能耗会大大降低。他还表示,如果室温超导材料得到突破,就连我们日常生活也能得到很大改变,“如果全部采用电阻为零的超导材料制作电子线路的话,像手机、电脑等电子产品充电的时候就不会再出现发热的情况。”

韩国《》8月2日称,100多年以来,全世界科学家为了在常温常压状态下实现超导而进行的研究均以失败告终。传统理论认为,只有在低温和超高压(几百万个大气压)状态下才能实现超导。今年3月美国科学家迪亚斯宣布“实现室温超导”时,也需要1万个大气压的高压环境。而韩国量子能源研究所的论文却显示,在27摄氏度、1个大气压的情况下,通过简单的方法就能造出超导体,如果相关研究结论为真,这将是一种“梦幻材料”。

上海市超导材料及系统工程研究中心主任、超导应用研究专家洪智勇7月30日表示,近期韩国研究团队公布的超导体“极大概率不是室温超导”。洪智勇认为,根据现有情况来看,韩国团队报道的测试手段和方法并不是很正统的超导材料验证实验。此前迪亚斯团队公布的实验条件是限制在1万个大气压下,因为呈现数据过于“完美”,数据真实性受到质疑。但这次韩国团队透露的材料合成方法非常明确且简单,但测试方式和数据的呈现形式以及数据的严谨程度都非常粗糙,更和国际认可的一些验证超导性能的测试方法差距很大。从目前呈现的数据来看,他们还只是通过合成和掺杂,在本应不具备明显电磁特性的铅磷灰石化合物中,发现在室温下具有了一定的导电性和弱抗磁性,“这是一个有趣的物理现象,但实验结果离证明样品是超导体或者说样品中含有超导成分还相差甚远。”

韩国《京乡新闻》称,韩国研究团队的支持者认为,该研究团队公布的视频显示,米粒大小的物体悬浮在空中,这是超导体的重要特征之一——产生对磁体排斥的“迈斯纳现象”。但视频内容显示,它的悬浮情况并不完全,仍有一边接触磁铁。该研究团队解释说,这表示样品并不完美,只有一部分成为超导体并表现出“迈斯纳现象”。报道还提到,中国华中科技大学制造了几十微米的样品并验证其具备“迈斯纳现象”。

但南京大学物理学院教授闻海虎之前接受采访时表示,“我们仔细分析了他们(韩国团队)的数据,从三方面——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。”北京高压科学研究中心主任毛河光教授在接受媒体采访时也表达了类似观点。他认为,视频中的材料会部分悬浮起来,这是磁体很常见的抗磁现象。“超导的抗磁力非常强,可以把火车之类的悬浮起来。”

正如韩国《》所言,“如果‘常温常压下实现超导’被证明为真,那就足以获得诺贝尔奖”。能在常温常压下展现出超导特性的“室温超导体”被称为现代物理学“圣杯”之一。因此室温超导凭借广阔的应用前景和重大的科学突破意义,一直受到业内的高度关注。近年多国曾发布过“重大突破”,但它们大都没有能通过同行审议。印度班加罗尔科学院于2018年宣布,在零下37摄氏度和正常环境压力下,金银纳米粒子混合材料能够实现超导,但2019年论文作者发布修正之后,此研究结果不了了之。2020年美国罗切斯特大学迪亚斯团队宣布在15摄氏度和267万个大气压的情况下,碳质硫氢化物可实现超导。但相关论文因为数据处理违规于2022年被《自然》杂志撤稿。

相比这些“突飞猛进”式的重大“突破”,主流科学界也在一步步提高超导的转变临界条件。据介绍,总体而言,科学界对超导的相关研究还不够充分,虽然有一些理论指导怎么寻找合适的材料,但是这些理论都还不完善,而且可能只能在某些特定情况下才有效。

2019年5月,美德两国科学家团队在《自然》上发文称,所观察到的3个特征已可证明,在零下23摄氏度的温度下,氢化镧在超过100万个标准大气压下会变成超导体,从而刷新了超导材料公认的最高临界温度。值得注意的是,在2018年,两个独立研究小组几乎同时预告称,压缩的氢化镧化合物可能在更高的温度下表现出超导性。《自然》杂志上刊发的评论文章称,相关研究结果表明,科学家对超导材料的研究可能进入了一个新阶段,开始从靠经验规则、直觉或运气发现超导体向由具体理论预测指导研究过渡。