【環(huán)時(shí)深度】全球爭相測試“室溫超導(dǎo)突破”真?zhèn)?/h1>

2023-08-03 17:30:26 來源: 環(huán)球網(wǎng)資訊

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【環(huán)球時(shí)報(bào)駐韓國特約記者 林森 環(huán)球時(shí)報(bào)記者 曹思琦 環(huán)球時(shí)報(bào)特約記者 陳山】韓國研究團(tuán)隊(duì)近日宣布制備出“世界首個(gè)常壓室溫超導(dǎo)體”的消息，在全球引發(fā)的關(guān)注越來越廣泛，甚至影響到金融市場、導(dǎo)致多國超導(dǎo)概念股價(jià)的火爆上漲。值得注意的是，在短短幾個(gè)月內(nèi)，已經(jīng)接連有來自不同國家的三個(gè)團(tuán)隊(duì)宣布“在室溫超導(dǎo)領(lǐng)域取得突破”。為何室溫超導(dǎo)如此受到國內(nèi)外的高度關(guān)注，它又有什么樣的應(yīng)用前景呢？

(資料圖片僅供參考)

韓國專門成立專家驗(yàn)證委員會(huì)

自從7月22日韓國量子能源研究所研究團(tuán)隊(duì)公開了在常溫常壓條件下制造超導(dǎo)物質(zhì)“LK-99”的論文后，全球?qū)τ凇笆覝爻瑢?dǎo)”的關(guān)注迅速出圈，不但來自各國的多個(gè)研究團(tuán)隊(duì)爭相進(jìn)行重復(fù)實(shí)驗(yàn)，全社會(huì)也對此予以極大關(guān)注。對于此事引發(fā)的巨大壓力和爭議，據(jù)韓聯(lián)社8月2日報(bào)道，韓國超導(dǎo)低溫學(xué)會(huì)2日在官網(wǎng)上發(fā)布公告，將組成專家驗(yàn)證委員會(huì)對該室溫超導(dǎo)體進(jìn)行科學(xué)研判。韓國超導(dǎo)低溫學(xué)會(huì)方面表示，根據(jù)正常程序，應(yīng)該等待國內(nèi)外研究機(jī)構(gòu)的驗(yàn)證結(jié)果，但過去數(shù)日全球針對該成果的真?zhèn)萎a(chǎn)生很大爭議，因此決定成立專門的驗(yàn)證委員會(huì)。驗(yàn)證委員會(huì)委員長將由首爾大學(xué)教授金昌永擔(dān)任，成員來自首爾大學(xué)、成均館大學(xué)、浦項(xiàng)工大等。截至目前，韓國成均館大學(xué)、高麗大學(xué)、首爾大學(xué)等相關(guān)研究機(jī)構(gòu)仍在進(jìn)行重現(xiàn)LK-99的實(shí)驗(yàn)。

根據(jù)韓國量子能源研究所研究團(tuán)隊(duì)在預(yù)印本平臺arXiv發(fā)布的兩篇論文，他們聲稱合成了代號“LK-99”全球首個(gè)常壓室溫超導(dǎo)體——改性鉛-磷灰石晶體，能在127攝氏度以下表現(xiàn)為超導(dǎo)體。該論文公布后，引發(fā)了業(yè)內(nèi)的高度關(guān)注，各國迅速展開了重復(fù)實(shí)驗(yàn)。北京航空航天大學(xué)團(tuán)隊(duì)發(fā)布的預(yù)印本論文表示，合成的LK-99的室溫電阻不為零，也沒有觀測到磁懸浮現(xiàn)象。印度國家物理實(shí)驗(yàn)室表示，未觀察到磁懸浮現(xiàn)象。但美國勞倫斯·伯克利國家實(shí)驗(yàn)室的理論計(jì)算發(fā)現(xiàn)，LK-99有室溫超導(dǎo)的可能性，中國華中科技大學(xué)材料學(xué)院常海欣團(tuán)隊(duì)在B站發(fā)布的實(shí)驗(yàn)視頻稱，復(fù)現(xiàn)了韓國團(tuán)隊(duì)的磁懸浮實(shí)驗(yàn)。

就在國際上對這項(xiàng)室溫超導(dǎo)新突破的爭議和支持聲接連不斷之際，韓聯(lián)社7月28日報(bào)道稱，該研究團(tuán)隊(duì)成員透露，相關(guān)論文其實(shí)還沒有完成且“存在很多缺陷”，是一名團(tuán)隊(duì)成員未經(jīng)其他作者許可擅自發(fā)表的，目前已要求網(wǎng)站下架論文。此消息更引發(fā)外界對該成果的猜疑。韓國紐西斯通訊社8月2日稱，常溫超導(dǎo)體是可以獲得諾貝爾獎(jiǎng)的重大發(fā)現(xiàn)，韓國超導(dǎo)低溫學(xué)會(huì)此前對量子能源研究所發(fā)布的兩篇論文和已經(jīng)公開的影像資料進(jìn)行判斷后認(rèn)為，現(xiàn)階段還難以將該物質(zhì)定性為常溫超導(dǎo)體。為消除韓國內(nèi)外的各種疑惑和爭議，學(xué)會(huì)成立“LK-99驗(yàn)證委員會(huì)”，由物理、材料、電氣、機(jī)械等領(lǐng)域的專家構(gòu)成。韓國超導(dǎo)低溫學(xué)會(huì)會(huì)長崔敬達(dá)表示：“如果常溫超導(dǎo)體被驗(yàn)證成立，那么將是對科技領(lǐng)域產(chǎn)生巨大影響的劃時(shí)代研究結(jié)果，但此次研究沒有經(jīng)過學(xué)術(shù)驗(yàn)證就公開，對后續(xù)產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)影響表示擔(dān)憂?！睋?jù)介紹，韓國超導(dǎo)低溫學(xué)會(huì)是由韓國物理、材料、機(jī)械、電氣等專家組成的超導(dǎo)學(xué)術(shù)團(tuán)體，由1988年成立的韓國超導(dǎo)學(xué)會(huì)和韓國超導(dǎo)低溫工學(xué)會(huì)于2019年合并而成。

就在韓國量子能源研究所發(fā)布新發(fā)現(xiàn)后不久，美國泰吉量子公司也聲稱“發(fā)現(xiàn)室溫超導(dǎo)材料”，這是一種石墨烯泡沫材料，但沒有同時(shí)公布相關(guān)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。今年3月，美國羅切斯特大學(xué)教授朗加·迪亞斯宣布，發(fā)明了在1萬個(gè)大氣壓下、21攝氏度能產(chǎn)生超導(dǎo)現(xiàn)象的新材料。今年以來這一系列室溫超導(dǎo)的“新突破”不但讓學(xué)界對其關(guān)注度大增，同時(shí)還引發(fā)資本市場的狂熱，韓國、美國股市的超導(dǎo)概念股近日接連大漲。

據(jù)韓國MBC電視臺8月2日報(bào)道，韓國證券交易所警告稱，隨著與超導(dǎo)有關(guān)的股票大幅上漲，交易所已經(jīng)對部分股票發(fā)出投資警告。據(jù)悉，韓國某相關(guān)企業(yè)股價(jià)從7月27日開始連續(xù)上漲，8月1日和2日還連續(xù)兩天漲停。報(bào)道稱，雖然超導(dǎo)材料將對人類科技和生活帶來巨大改變，但即使LK-99的相關(guān)論文被證明是正確的，室溫超導(dǎo)技術(shù)距離現(xiàn)實(shí)應(yīng)用還有相當(dāng)長的路要走。專家們普遍認(rèn)為，要警惕對超導(dǎo)的過度期待，同時(shí)進(jìn)行慎重投資。

室溫超導(dǎo)材料有哪些用途

北京理工大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院副研究員鄭冬冬對《環(huán)球時(shí)報(bào)》記者介紹說，所謂超導(dǎo)，就是在特定條件下材料電阻為零的特殊物理現(xiàn)象?，F(xiàn)在常用的導(dǎo)電材料包括銅和鋁等，它們的電阻相對較?。唤鸷豌y的電阻更小，但也達(dá)不到零電阻。超導(dǎo)現(xiàn)象最早由荷蘭物理學(xué)家昂內(nèi)斯于1911年發(fā)現(xiàn)，但材料要轉(zhuǎn)變?yōu)槌瑢?dǎo)狀態(tài)需要將溫度降低到極低才能實(shí)現(xiàn)，這就意味著需要有專門的制冷設(shè)備維持材料處于低溫狀態(tài)，因此超導(dǎo)體在實(shí)際應(yīng)用上還比較困難。

鄭冬冬舉例說，超導(dǎo)材料在核磁共振、電力傳輸、高速磁浮交通和可控核聚變等領(lǐng)域存在巨大應(yīng)用優(yōu)勢。比如說輸電線，因?yàn)閷?dǎo)線存在電阻，輸電過程中會(huì)損失很多能量，所以需要采用特高壓技術(shù)，提高電壓、減小電流，從而減少能耗。如果采用室溫超導(dǎo)材料做導(dǎo)線，就不需要那么高的電壓了。另外，目前正在研發(fā)的可控核聚變，也需要用很強(qiáng)的磁場來束縛等離子體，從而維持核聚變的發(fā)生。但是磁場一般是用電來產(chǎn)生的，很大的磁場就需要很大的電流，也就有很大的能耗，同時(shí)會(huì)大量發(fā)熱。如果用超導(dǎo)材料，沒有電阻，就不會(huì)有能耗，也不會(huì)發(fā)熱，那就更容易實(shí)現(xiàn)可控核聚變。此外，雖然現(xiàn)在有實(shí)驗(yàn)性質(zhì)的磁懸浮高鐵，但是為了實(shí)現(xiàn)懸浮，同樣需要采用大電流實(shí)現(xiàn)強(qiáng)磁場，同樣能耗很高。但是如果用室溫超導(dǎo)材料的話，就不存在這些問題了，能耗會(huì)大大降低。他還表示，如果室溫超導(dǎo)材料得到突破，就連我們?nèi)粘Ｉ钜材艿玫胶艽蟾淖?，“如果全部采用電阻為零的超?dǎo)材料制作電子線路的話，像手機(jī)、電腦等電子產(chǎn)品充電的時(shí)候就不會(huì)再出現(xiàn)發(fā)熱的情況?！?/p>

室溫超導(dǎo)材料得到突破后，有望在電力傳輸?shù)阮I(lǐng)域發(fā)揮重要作用

室溫超導(dǎo)材料得到突破后，有望在核聚變等領(lǐng)域發(fā)揮重要作用

韓國《中央日報(bào)》8月2日稱，100多年以來，全世界科學(xué)家為了在常溫常壓狀態(tài)下實(shí)現(xiàn)超導(dǎo)而進(jìn)行的研究均以失敗告終。傳統(tǒng)理論認(rèn)為，只有在低溫和超高壓（幾百萬個(gè)大氣壓）狀態(tài)下才能實(shí)現(xiàn)超導(dǎo)。今年3月美國科學(xué)家迪亞斯宣布“實(shí)現(xiàn)室溫超導(dǎo)”時(shí)，也需要1萬個(gè)大氣壓的高壓環(huán)境。而韓國量子能源研究所的論文卻顯示，在27攝氏度、1個(gè)大氣壓的情況下，通過簡單的方法就能造出超導(dǎo)體，如果相關(guān)研究結(jié)論為真，這將是一種“夢幻材料”。

上海市超導(dǎo)材料及系統(tǒng)工程研究中心主任、超導(dǎo)應(yīng)用研究專家洪智勇7月30日表示，近期韓國研究團(tuán)隊(duì)公布的超導(dǎo)體“極大概率不是室溫超導(dǎo)”。洪智勇認(rèn)為，根據(jù)現(xiàn)有情況來看，韓國團(tuán)隊(duì)報(bào)道的測試手段和方法并不是很正統(tǒng)的超導(dǎo)材料驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)。此前迪亞斯團(tuán)隊(duì)公布的實(shí)驗(yàn)條件是限制在1萬個(gè)大氣壓下，因?yàn)槌尸F(xiàn)數(shù)據(jù)過于“完美”，數(shù)據(jù)真實(shí)性受到質(zhì)疑。但這次韓國團(tuán)隊(duì)透露的材料合成方法非常明確且簡單，但測試方式和數(shù)據(jù)的呈現(xiàn)形式以及數(shù)據(jù)的嚴(yán)謹(jǐn)程度都非常粗糙，更和國際認(rèn)可的一些驗(yàn)證超導(dǎo)性能的測試方法差距很大。從目前呈現(xiàn)的數(shù)據(jù)來看，他們還只是通過合成和摻雜，在本應(yīng)不具備明顯電磁特性的鉛磷灰石化合物中，發(fā)現(xiàn)在室溫下具有了一定的導(dǎo)電性和弱抗磁性，“這是一個(gè)有趣的物理現(xiàn)象，但實(shí)驗(yàn)結(jié)果離證明樣品是超導(dǎo)體或者說樣品中含有超導(dǎo)成分還相差甚遠(yuǎn)。”

韓國《京鄉(xiāng)新聞》稱，韓國研究團(tuán)隊(duì)的支持者認(rèn)為，該研究團(tuán)隊(duì)公布的視頻顯示，米粒大小的物體懸浮在空中，這是超導(dǎo)體的重要特征之一——產(chǎn)生對磁體排斥的“邁斯納現(xiàn)象”。但視頻內(nèi)容顯示，它的懸浮情況并不完全，仍有一邊接觸磁鐵。該研究團(tuán)隊(duì)解釋說，這表示樣品并不完美，只有一部分成為超導(dǎo)體并表現(xiàn)出“邁斯納現(xiàn)象”。報(bào)道還提到，中國華中科技大學(xué)制造了幾十微米的樣品并驗(yàn)證其具備“邁斯納現(xiàn)象”。

韓國LK-99材料表現(xiàn)出的“邁斯納現(xiàn)象”

但南京大學(xué)物理學(xué)院教授聞?；⒅敖邮懿稍L時(shí)表示，“我們仔細(xì)分析了他們（韓國團(tuán)隊(duì)）的數(shù)據(jù)，從三方面——電阻、磁化和所謂的磁懸浮都不足以說明它是超導(dǎo)現(xiàn)象（材料）。我們判斷（它所謂的超導(dǎo)）極有可能是個(gè)假象?！北本└邏嚎茖W(xué)研究中心主任毛河光教授在接受媒體采訪時(shí)也表達(dá)了類似觀點(diǎn)。他認(rèn)為，視頻中的材料會(huì)部分懸浮起來，這是磁體很常見的抗磁現(xiàn)象?！俺瑢?dǎo)的抗磁力非常強(qiáng)，可以把火車之類的懸浮起來?！?/p>

超導(dǎo)臨界溫度一直在提升

正如韓國《中央日報(bào)》所言，“如果‘常溫常壓下實(shí)現(xiàn)超導(dǎo)’被證明為真，那就足以獲得諾貝爾獎(jiǎng)”。能在常溫常壓下展現(xiàn)出超導(dǎo)特性的“室溫超導(dǎo)體”被稱為現(xiàn)代物理學(xué)“圣杯”之一。因此室溫超導(dǎo)憑借廣闊的應(yīng)用前景和重大的科學(xué)突破意義，一直受到業(yè)內(nèi)的高度關(guān)注。近年多國曾發(fā)布過“重大突破”，但它們大都沒有能通過同行審議。印度班加羅爾科學(xué)院于2018年宣布，在零下37攝氏度和正常環(huán)境壓力下，金銀納米粒子混合材料能夠?qū)崿F(xiàn)超導(dǎo)，但2019年論文作者發(fā)布修正之后，此研究結(jié)果不了了之。2020年美國羅切斯特大學(xué)迪亞斯團(tuán)隊(duì)宣布在15攝氏度和267萬個(gè)大氣壓的情況下，碳質(zhì)硫氫化物可實(shí)現(xiàn)超導(dǎo)。但相關(guān)論文因?yàn)閿?shù)據(jù)處理違規(guī)于2022年被《自然》雜志撤稿。

相比這些“突飛猛進(jìn)”式的重大“突破”，主流科學(xué)界也在一步步提高超導(dǎo)的轉(zhuǎn)變臨界條件。據(jù)介紹，總體而言，科學(xué)界對超導(dǎo)的相關(guān)研究還不夠充分，雖然有一些理論指導(dǎo)怎么尋找合適的材料，但是這些理論都還不完善，而且可能只能在某些特定情況下才有效。

2019年5月，美德兩國科學(xué)家團(tuán)隊(duì)在《自然》上發(fā)文稱，所觀察到的3個(gè)特征已可證明，在零下23攝氏度的溫度下，氫化鑭在超過100萬個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下會(huì)變成超導(dǎo)體，從而刷新了超導(dǎo)材料公認(rèn)的最高臨界溫度。值得注意的是，在2018年，兩個(gè)獨(dú)立研究小組幾乎同時(shí)預(yù)告稱，壓縮的氫化鑭化合物可能在更高的溫度下表現(xiàn)出超導(dǎo)性?！蹲匀弧冯s志上刊發(fā)的評論文章稱，相關(guān)研究結(jié)果表明，科學(xué)家對超導(dǎo)材料的研究可能進(jìn)入了一個(gè)新階段，開始從靠經(jīng)驗(yàn)規(guī)則、直覺或運(yùn)氣發(fā)現(xiàn)超導(dǎo)體向由具體理論預(yù)測指導(dǎo)研究過渡。

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