資本市場刮起超導(dǎo)旋風(fēng) 但室溫超導(dǎo)研究仍存爭議

連日來，室溫超導(dǎo)掀起了科技界的新熱潮，并迅速傳導(dǎo)到了資本市場。

(資料圖片僅供參考)

一家叫做“美國超導(dǎo)”(American Superconductor Corporation)的美國能源設(shè)備公司，因?yàn)槊终垂猓?月1日美股收盤大漲60%。

8月2日，A股刮起超導(dǎo)旋風(fēng)。繼8月1日下午突然拉漲后，永鼎股份、創(chuàng)新新材、百利電氣、中孚實(shí)業(yè)、東方鉭業(yè)、精達(dá)股份等超導(dǎo)概念股，2日開盤觸及漲停，后部分有所回落，截至當(dāng)日收盤，百利電氣、中孚實(shí)業(yè)仍封住了漲停。

超導(dǎo)的全稱是超導(dǎo)電性現(xiàn)象，是指某些材料在溫度降低到某一臨界溫度時(shí)電阻突然消失，電流可在其間無損耗流動的現(xiàn)象。具備這種特性的材料被稱為超導(dǎo)材料或超導(dǎo)體，具有完全導(dǎo)電性、完全抗磁性和通量量子化三大特性。

基于這三大特性，超導(dǎo)材料目前已被廣泛應(yīng)用于電子通信、交通運(yùn)輸、國防軍事、電力能源、醫(yī)療研究等多個(gè)領(lǐng)域，形成了多樣化的應(yīng)用場景與超導(dǎo)產(chǎn)品。中航證券報(bào)告指出，低溫超導(dǎo)材料的生產(chǎn)和應(yīng)用已較為成熟，高溫超導(dǎo)材料的生產(chǎn)和應(yīng)用仍處于商業(yè)化初期階段。

而室溫超導(dǎo)是在更容易達(dá)到的溫度上實(shí)現(xiàn)超導(dǎo)，若能在常溫下實(shí)現(xiàn)超導(dǎo)將為產(chǎn)業(yè)帶來巨大變革。根據(jù)中國科學(xué)院物理所的科普文章，臨界溫度高于40K(零下233.15℃)的超導(dǎo)體稱為高溫超導(dǎo)體，把臨界溫度高于300K(26.85℃)的超導(dǎo)體稱為室溫超導(dǎo)，這意味著，室溫超導(dǎo)的臨界溫度要比高溫還要高得多。目前室溫超導(dǎo)體都需要極高壓下才可以室溫超導(dǎo)，常壓室溫超導(dǎo)仍然任重道遠(yuǎn)。

室溫超導(dǎo)真的來了嗎？

今年3月，室溫超導(dǎo)就曾掀起一波熱潮，當(dāng)時(shí)美國羅切斯特大學(xué)的物理學(xué)家蘭加·迪亞斯及其團(tuán)隊(duì)在美國物理學(xué)會會議上宣布，他們已經(jīng)創(chuàng)造出一種可以在室溫條件下實(shí)現(xiàn)超導(dǎo)的全新材料。

這一革命性的話題在科技界引發(fā)轟動，而由于該團(tuán)隊(duì)論文曾受到質(zhì)疑并撤稿，因此業(yè)界對其研發(fā)持有爭議，繼續(xù)觀望之中。

今年7月，韓國的科學(xué)團(tuán)隊(duì)發(fā)布論文稱，合成了全球首個(gè)室溫常壓超導(dǎo)體LK-99(一種摻雜銅的鉛磷灰石)，臨界溫度為127℃。如果被驗(yàn)證為真，將為超導(dǎo)的商用帶來突破性進(jìn)展。在不少業(yè)內(nèi)人士看來，韓國團(tuán)隊(duì)的合成方法頗為簡單，能否復(fù)現(xiàn)相同的結(jié)果還需要驗(yàn)證，因此也陷入爭論之中。

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)用研究專家洪智勇在東吳電子舉辦的內(nèi)部電話會上表示，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)。他在接受媒體采訪時(shí)表示，這次韓國團(tuán)隊(duì)報(bào)道材料的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，但是這個(gè)導(dǎo)電性還弱于銅、銀等金屬導(dǎo)體，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)。

日前，韓國研究團(tuán)隊(duì)成員美國威廉瑪麗學(xué)院物理系研究教授Hyun-Tak Kim在回復(fù)國內(nèi)媒體時(shí)表示，其團(tuán)隊(duì)制造的LK-99室溫超導(dǎo)材料或許可以在一個(gè)月之內(nèi)被復(fù)制。

緊接著，美國頂尖實(shí)驗(yàn)室勞倫斯伯克利國家實(shí)驗(yàn)室(LBNL)的研究院又發(fā)表論文表示，其使用了密度泛函理論(DFT)和GGA+U方法進(jìn)行了計(jì)算，為近期韓國團(tuán)隊(duì)所謂的“室溫常壓超導(dǎo)材料”提供了理論依據(jù)。同時(shí)在8月1日，華中科技大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)發(fā)布視頻，稱復(fù)現(xiàn)韓國室溫超導(dǎo)材料，證明了抗磁性。常海欣教授證實(shí)該視頻為其領(lǐng)銜的研究團(tuán)隊(duì)所發(fā)。

但是，勞倫斯伯克利國家實(shí)驗(yàn)室并沒有直接證明韓國研究的成功，只是從理論上說明了韓國團(tuán)隊(duì)的辦法并非不可能，而華中科技大學(xué)的視頻證明了LK-99材料的部分特性，還沒有完全復(fù)現(xiàn)韓國團(tuán)隊(duì)的成果，還需要證明其零電阻特性。

由于韓國團(tuán)隊(duì)的方法簡單，各國的專家們紛紛開始進(jìn)行復(fù)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)，有成功證明了一種特性的、也有樣品并未呈現(xiàn)超導(dǎo)磁懸浮現(xiàn)象。當(dāng)然因?yàn)樵O(shè)備條件、材料等存在差異，所以實(shí)驗(yàn)結(jié)果不一。究竟室溫超導(dǎo)是否有真正的突破，依然需要更多驗(yàn)證。

室溫超導(dǎo)為何成引爆點(diǎn)？

首先，超導(dǎo)材料及應(yīng)用本身將滿足產(chǎn)業(yè)發(fā)展和社會發(fā)展需求。據(jù)民生證券報(bào)告梳理，根據(jù)超導(dǎo)的三大特性，一定條件下零電阻帶來的完全導(dǎo)電性，使得超導(dǎo)輸電電纜、超導(dǎo)電機(jī)、超導(dǎo)變壓器等產(chǎn)品能夠?qū)崿F(xiàn)節(jié)約能源、降低成本的愿景，更加環(huán)保可靠。

而完全抗磁性與通量量子化的特點(diǎn)則能夠?qū)崿F(xiàn)磁懸浮、弱磁場探測等技術(shù)，在電子通信領(lǐng)域能提高數(shù)據(jù)傳遞效率與量子計(jì)算機(jī)運(yùn)算速度，在醫(yī)療領(lǐng)域則能以常規(guī)材料無法達(dá)到的磁場強(qiáng)度、磁場梯度與磁場均勻度，提高醫(yī)療檢測的精確性。

超導(dǎo)材料最常見的應(yīng)用場景是MRI(磁共振成像)與MCZ(磁控直拉單晶硅技術(shù))，MRI是目前應(yīng)用最廣泛也最精確的醫(yī)療影像儀之一，有著廣闊的市場空間。MCZ則是目前國內(nèi)外生產(chǎn)300mm以上大尺寸半導(dǎo)體級單晶硅的最主要方法，對半導(dǎo)體領(lǐng)域的發(fā)展起著重要作用。

其次，根據(jù)中航證券報(bào)告，按照超導(dǎo)體實(shí)現(xiàn)超導(dǎo)的臨界溫度，可分為低溫超導(dǎo)材料與高溫超導(dǎo)材料兩大類。Tc＜25K的超導(dǎo)材料稱為低溫超導(dǎo)材料，由于具有優(yōu)良的機(jī)械加工性能，已發(fā)展出了較為成熟的產(chǎn)業(yè)鏈，目前已實(shí)現(xiàn)商業(yè)化的材料包括NbTi(鈮鈦，Tc=9.5K)和Nb3Sn(鈮三錫，Tc=18k)。

而高溫超導(dǎo)材料在制造工藝上仍需克服加工脆性等問題，因此生產(chǎn)成本較高、生產(chǎn)難度較大，仍在商業(yè)化的初期階段。Tc≥25K的高溫超導(dǎo)材料，具備實(shí)用價(jià)值的主要包括鉍系(例如Bi-Sr-Ca-Cu-O，BSCCO，Tc=110K)、釔系(例如Y-Ba-Cu-O，YBCO，Tc=92K)和MgB2超導(dǎo)材料(Tc=39K)、鐵基超導(dǎo)材料等。

實(shí)現(xiàn)超導(dǎo)現(xiàn)象需要維持低溫的環(huán)境，即使是高溫超導(dǎo)材料，所需要的溫度也僅僅是高于零下248攝氏度。持續(xù)的超低溫環(huán)境往往需要依賴于液氦或其他設(shè)備，這極大地增加了超導(dǎo)材料的應(yīng)用和維護(hù)成本，因此無法低成本下被大規(guī)模應(yīng)用。

能夠大規(guī)模應(yīng)用的室溫超導(dǎo)材料，成為超導(dǎo)領(lǐng)域科研人員的重要目標(biāo)。室溫超導(dǎo)的實(shí)現(xiàn)將極大地節(jié)省超導(dǎo)材料的應(yīng)用成本，同時(shí)能夠驚人地提升能源利用效率，在節(jié)省能源損耗的同時(shí)也能夠提升能源傳輸?shù)目煽啃?，提供更?qiáng)大的磁場支持。甚至有聲音認(rèn)為，室溫超導(dǎo)的實(shí)現(xiàn)將開啟第四次工業(yè)革命，在環(huán)保的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)人工智能的飛速增長。

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