《阿凡达》里有一种“Unobtanium”室温超导矿石，可以让一座座大山悬浮在空中。这同样是众多从事超导研究的科学家们的终极梦想，寻找到可实用化的室温超导材料。


十多天前，韩国科研团队等人员宣称一种铜掺杂铅磷灰石材料“LK-99”具有室温超导性能。目前中美俄等多个研究团队正在尝试验证其实验结果。


8月1日，华中科技大学宣布成功复现磁悬浮的“LK-99”晶体。该晶体悬浮的角度比韩国量子能源研究中心获得的样品磁悬浮角度更大。


当日，A股市场上超导概念股永鼎股份、百利电气涨停；美股美国超导收涨60%，近5个交易日，该股累计上涨约130%，目前股价已接近近三年高位。


- 来源：东方财富 -


米磊认为，超导之于能源领域就是半导体之于信息领域，过去60年的信息革命依靠的是半导体材料的突破，未来60年的能源革命依靠的是超导材料的突破。


小饭桌第一时间邀请了上海交通大学教授、翌曦科技创始人、国家能源智能电网研发中心副主任、上海市高温超导材料与系统工程研究中心主任金之俭，分享了超导材料的发展历程及未来图景。


金之俭指出“LK-99”之所以关注度高，因其制备工艺比较简单，而且能在室温、常压下实现超导。但韩国的常温超导实验演示了超导体的悬浮现象，但超导验证实验还不够严谨，需要进一步的复核验证。


作为翌曦科技种子轮的领投方，中科创星自2022年起布局超导领域，其创始合伙人米磊同样对小饭桌指出，室温超导还处于实验室阶段，还没有被完全验证，之所以迟迟没有实现突破，是因为材料体系较为复杂，国内赛道才刚刚起步。


一、超导材料的从0到1


想要理解这一发现的重要意义，金之俭教授梳理并回顾了超导的发展历程。


超导是指一种材料在低温下电阻突然变为零的现象。


1911年2月，荷兰科学家昂纳斯将汞Hg的温度降低至稍低于4.2K时，即接近绝对零度（-273.15℃），汞的电阻突然消失表现出超导状态。昂纳斯也因超导体的发现，于1913年获得诺贝尔物理学奖。


自从昂里斯发现汞的超导特性后，物理学家们几乎把元素周期表里所有的金属翻了遍，寻找有可能的超导元素。具有超导特性的材料有成千上万种，但是真正能够实用的超导材料没超过十种。超导材料能否实用不仅要有合适的临界温度、临界电流密度和临界磁场，还要看这个材料的机械特性、制备难度和成本等多个因素。


物理学家们陆续发现很多金属化合物同样是超导材料，但超导材料的临界温度仍没办法突破30K，似乎有个看不见的天花板，称之为麦克米兰极限。


超导材料真正走到产业化大规模应用是国际核聚变实验堆项目ITER计划。我国加入ITER计划后，完成了自主制备低温超导导线，孕育了当前科创板明星企业——西部超导。低温超导材料由ITER项目拉动已形成很大产业，如核磁共振加速器等都是低温超导材料的产物。


多年的探索一直没有突破麦克米兰极限，科学家不得不另辟蹊径寻找新的超导材料。瑞士IBM公司工程师柏诺慈和缪勒研究过渡金属氧化物的导电性，在一堆绝缘陶瓷材料里寻找超导体，多年的努力终于发现在钡镧铜氧化物体系可能具有超导电性，并且找到了明确的零电子效应，突破了麦克米兰极限。


1987年2月，我国赵忠贤院士和美国科学家朱经武几乎同时发现铱钡铜氧（YBCO）92.8K转变温度，液氮温区超导材料由此产生。


目前大规模量产的仍是YBCO高温超导带材制备技术，约90%成分是铜和不锈钢基带，原材料成本并不高，超导带材成本主要取决于性能水平、成品率和量产水平，未来成本下降空间巨大。


这种超导材料在许多领域都有着广泛的应用，比如磁悬浮列车、MRI、核聚变等。但由于目前超导材料只在极低温度下才能实现这种电性，限制了其在实际应用中的范围。


二、室温传导的复现和质疑声


韩国室温超导的实验也引起多方质疑，而该研究团队的成员表示，论文存在缺陷，系团队中的一名成员擅自发布，目前团队已要求下架论文。


在华中科技大学宣布复现成功同时，团队成员表示晶体虽然存在抗磁性，但比较弱，也没有所谓的“零阻”，整体表现就像是半导体曲线。如果算具备超导相，也是微量的超导杂质，无法形成连续的超导通路。


- 图中黑点部分即为复现“LK-99晶体”-

（图源：B站up主“关山口男子技师”视频节选）


而此前北京航空航天大学材料科学与工程学院刘知琪教授团队在arXiv上提交的论文显示，他们根据韩国团队公布的方法合成了LK-99，但没有发现其具有超导性。


金之俭指出，从数据上看，目前韩国“LK-99”晶体并不能确定是完全的超导材料。一方面，确认材料需要做大量的验证工作，目前应该还没有被完整确认。另一方面，即使该材料具有超导性，并不能立刻拿来使用。


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表示，从韩国团队公布的论文来看，其测试手法与目前的超导材料验证试验存在差异，且测试方法和数据的呈现方式过于粗糙，难以证实材料是否真的具有超导性质。


实际上超导材料需要具备两大特性：零电阻效应和迈斯纳效应。迈斯纳效应是超导体从一般状态相变至超导态的过程中对磁场的排斥现象，或称抗磁性。目前韩国“LK-99”晶体的超导特性还没有严格展现并真正验证。


三、室温超导若实现会发生什么


如果此次常温超导材料成功，将深刻影响能源、交通、医学、军工等众多领域。所有和电相关的产品都将迎来变革。发电端一旦实现可控核聚变，能源问题将得到彻底解决；输电端，超导电缆将替代特高压输电；用电端，功率密度更大、更节能的电机广泛应用；磁悬浮列车将大行其道；医疗领域，核磁共振将会更灵敏、更普及。可以想象的空间还有很多，科幻小说里的很多场景都可以呈现。


有投资者表示今年频繁出现室温传导的研究成果，与产业资源倾斜相关，韩国人的实验成功并非偶然。米磊同样指出国外赛道已经热起来了，但国内的赛道才刚刚起步，标的较为稀缺，未来五年内都可继续关注室温超导的实验室进展。


发现室温超导材料只是第一步，金之俭认为发现室温超导材料是非常大的突破，但找到能够大规模实用的室温超导材料还有很远的路要走。


本文来自微信公众号：小饭桌（ID：xfzmedia），作者：王露，编辑：张丽娟