如何科学吃瓜“室温超导”?

“超导”很常见，但“常压室温超导”并不常见。

最近，韩国的一个研究小组发表了一篇论文，声称已经实现了临界温度超过400K(126.85℃)的常温常压超导。在本文中，这种“超导材料”被称为LK-99。

这篇论文一经发表，就引发了行业内外的热议。毕竟一般来说，“超导”的条件是很苛刻的。例如，有些材料需要将环境温度降低到零下100度才能表现出超导特性。这大大限制了这些“超导”材料的应用，毕竟零下100度的环境不是随便能提供的。所以就目前的研究来看，“超导”是常见的，而“常压室温超导”并不常见。那么如何才能科学地吃到瓜的这种“室温超导性”呢？什么是超导？1911年，荷兰莱顿大学的艾格尼丝在实验中有了意想不到的发现。当水银的温度下降到4.2 K (-268.95℃)时，它的电阻突然下降到不可测量的程度。经过多次实验，他终于发现许多金属和合金都有相似的特性。于是艾格尼丝将这种神奇的现象命名为“超导”(超导)。所以对于大多数人来说，提到“超导”首先想到的就是它的“零电阻”。也就是说，在某一温度下电阻为零，或者在实际测试中电阻足够小(小于10-25欧姆)，可以认为是“超导”。超导的另一个基本性质是完全抗磁性(即迈斯纳效应)。当超导体接近磁场时，它会在其表面感应出超导电流。这个超导电流会在超导体内部产生一个与外部磁场方向相反、大小相同的磁场，两个磁场会相互抵消，这样内部总磁场为零。所以对于一个疑似超导体材料，一般会测试电阻(或电阻率)和磁化率，还会测试比热等一些数据。追求更高温度下的超导性事实上，只要温度足够低，很多材料都会出现超导性。就像最初发现水银一样，超导性出现在零下268.95℃。但如果走出实验室环境，大规模应用一种“超导材料”，把温度降到零下200多度，显然是非常困难的。因此，科学家们一直在寻找临界温度(超导状态开始出现的温度)更高的超导材料。首先需要说明的是，一般超导相关测试中使用的度日是热力学的度日开尔文，开尔文温度通常用符号K表示，单位是开尔文。这与我们日常生活中使用的摄氏度不同。开尔文以绝对零度为计算起点，也就是说0K=-273.15℃。一般室温指300K，也就是26.85℃。在追求临界温度更高的超导材料的道路上，有几道坎:40K:基本上可以算是“高温超导体”，这是相对于一般材料的超导临界温度而言的。(40K的数据来自BCS理论中的麦克米伦极限)77K:如果超导体的临界温度达到77K以上，就可以在一定程度上应用到我们的日常生产生活中。因为77K是液氮的沸点，这些超导材料在液氮的冷却下可以保持超导。例如，南方电网在全国首个三相同轴超导电缆示范工程中使用了液氮制冷技术。超导电缆可以使相关的供电系统变得更小，传输更多的能量，大大降低传输过程中的能量损耗。室温(约300K):室温超导往往是超导材料研究的理想目标。由于超导材料的临界温度在室温，我们不需要额外的制冷系统来维持其超导状态，因此它可以应用到我们日常生活的方方面面，比如数码产品、新能源汽车等领域。遗憾的是，目前很多“室温超导材料”都需要加压才能维持超导状态。例如，LaH₁₀在170 GPA(1.7亿倍大气压)下的临界温度为250K (-23.15℃)。但是，这带来了另一个问题，就是增压不一定比液氮制冷便宜。所以这种“室温超导体”往往不容易在大大气中应用。但如果真的找到不需要加压或冷却的“常压室温超导材料”，无疑将大大拓展超导材料的应用范围。那么这个常压室温超导是真的吗？在“超导”领域，由于种种原因，其实有不少乌龙。因此，“实验结果的重现性”是一个非常重要的测试标准。也就是说，如果只有韩国的团队检验这个实验结果，说明不了什么。但如果其他研究团队按照论文中的方法制备LK-99，测试出同样的结果。那么论文中结论的准确性是很高的。在常海鑫教授的指导下，华中科技大学材料学院博士后吴浩和博士生杨力首次成功验证并合成了可磁悬浮的LK-99晶体。该晶体的悬浮角大于Sukbae Lee等人获得的样品的悬浮角。从实验现象来看，有人认为LK-99只是表现出“抗磁性”，也有人认为Messner效应(完全抗磁性)得到了验证。但严格来说，这只能证明LK-99是一种抗磁性材料，是否超导还需要进一步验证。

中国科学院物理研究所和北京国家凝聚态物理实验室发表了“LK-99”论文。中科院物理所的论文再现了370K附近的电阻跳变现象，但没有观察到零电阻。提出这种类似超导的现象可能是硫化亚铜引起的。结论1。LK-99是否属于“常压室温超导材料”，还需要更多的实验数据来证实。2.综合来看，中科院物理所团队发表的论文倾向于认为韩国团队的LK-99不超导，并给出了可信的理由。(硫化亚铜导致的结果)3。“半悬浮”现象不一定是超导，也可能是“抗磁性”。4.引起“电阻跳变”的不一定是超导性。