韓國室溫超導研究疑云

孫厚銘

韓國室溫超導研究團隊提供的關于LK-99的研究視頻截圖。

7月22日，韓國量子能源研究所研究團隊在預印本平臺arXiv上接連發布兩篇論文，聲稱在常壓條件下，一種改性的鉛磷灰石材料能夠在400K（127℃）以下表現為超導體。這種材料以兩名論文作者名字的首字母命名為LK-99。

從7月22日至今，國內外多家機構陸續復現LK-99，室溫超導成為社交媒體和資本市場的熱門議題，在視頻網站嗶哩嗶哩，LK-99材料的復現視頻達到幾百萬的播放量。“室溫超導”近14天的百度搜索指數，從一兩百達到萬數量級，環比增長10077％。8月1日，美國超導股票AMSC盤前跳漲71％，最高漲幅150％。

8月2日，韓國超導學會宣布成立“LK-99 驗證委員會”，將驗證該成果的真實性。當地時間3日，“LK-99驗證委員會”表示，由于與LK-99相關的影像和論文中沒有呈現精確的邁斯納效應，目前的證據仍不足以證明LK-99是室溫超導體。

沸沸揚揚的韓國室溫超導研究，何時能最終塵埃落定？室溫超導材料可能開啟的“第四次工業革命”是否會很快來臨？

復現和質疑

室溫超導體被視為現代物理學“圣杯”之一。整個社會對LK-99的巨大關注，也在于室溫超導體的巨大誘惑。

通常，電流穿過電線時會遇到阻力，一些能量會以熱量形式損失掉。科學家發現，對金屬導體而言，當電流通過時，溫度越高電阻越大。自然而然，人們開始思考，如果溫度能達到絕對零度，是不是電流電阻會變成零。

1911年，荷蘭物理學家海克·昂內斯等人在研究中發現，當溫度降到4.2K以下時，金屬汞（Hg）的電阻突然降為零。K是“開爾文”的簡稱，是熱力學溫標或稱為絕對溫標，每變化1K相當于變化1℃，但開爾文以絕對零度作為計算起點，-273.15 ℃等于0 K。汞成為了科學家發現的第一個超導體，其超導轉變溫度為4.2K。

學界將超導轉變溫度高于77 K（-196.15℃）的超導材料稱為高溫超導體，室溫超導體又稱常溫超導體，是在室溫中表現出超導性的材料。一般認為，室溫大約在298K（25℃左右）。1911年到2018年，科學家成功將超導轉變溫度從30K提高到了250K。不過，根據德國科學家團隊的研究，250K的超導轉變溫度仍需要170GPa的壓強來實現，這一壓強是常壓的170萬倍。此次韓國團隊展示的LK-99如被證實在常壓、400K下呈現超導性，無疑具有革命性。

超導材料幾乎在所有電和磁相關的領域都有巨大應用價值，超導材料意味著電能傳輸過程中不會有能量損失。此外，磁感應強度與電流強度正相關，如果利用電流量很大的超導體做線材，能獲得強大的外部磁場。比如，醫院用于核磁共振成像的醫療設備，采用了超導體以獲得強大磁性。

韓國量子能源研究所團隊發表的第二篇論文中，給出了制備LK-99的合成步驟：“第一步，通過化學反應合成黃鉛礦……第二步，合成磷化亞銅晶體……第三步，將黃鉛礦和磷化亞銅晶體研磨成粉末，并在坩堝中混合，然后密封入晶閘管中……將裝有混合粉末的密封管在925℃的爐子中加熱5～20小時。在此過程中，混合物發生反應，并轉化為最終材料。”相比于之前超導材料制備過程中對壓力和設備的要求，韓國團隊的合成過程簡單得令人驚訝。

要證明某一材料存在超導性質，其必須滿足兩個條件：零電阻和完全抗磁性，即邁斯納效應。邁斯納效應是超導體從一般狀態相變至超導態的過程中對磁場的排斥現象，該效應被視作超導實現的重要特征。

韓國量子能源研究所發布論文后，全球已有多個研究團隊在復現LK-99的合成，并驗證其超導特性。北京航空航天大學材料科學與工程學院研究論文發現，合成的LK-99電阻不為零，也沒有發生磁懸浮。印度國家物理實驗室也發文稱，在實驗中未觀察到懸浮或抗磁性，并認為可能是因為材料中銅的摻雜。

截至8月4日，每天都有新的LK-99復現進展。8月1日，一位B站用戶發布了合成并驗證室溫超導材料LK-99的視頻，華中科技大學材料科學與工程學院教授常海欣向媒體確認，視頻確實出自所屬團隊。但由于該團隊尚未檢測其電阻特性，因此還不能作為成功復現的證據。8月2日，曲阜師范大學一團隊表示已經利用四引線法對此前合成的抗磁樣品 LK-99 進行了初步電阻測試，發現該樣品在常溫到 50K （-223.16℃）的低溫范圍內仍存在較大電阻值，與“室溫超導”的零電阻特性相差甚遠。

8月3日凌晨，東南大學物理學教授孫悅在B站發表的視頻中表示，團隊在110K（-163℃）溫度以下常壓條件下，成功觀測到LK-99的零電阻。不過，孫悅在評論區強調，目前結果并不能證實LK-99就是室溫超導，具體還需要進一步探索和測量。

8月4日，韓國研究團隊的第二篇論文第三作者、美國威廉瑪麗大學教授金鉉卓向《紐約時報》記者提供了第二段展示LK-99懸浮性的視頻，他對于全世界涌起的LK-99復現熱潮，表示非常歡迎。

此外，一些物理學家試圖從理論層面對 LK-99 可能具有的超導特性進行解釋。中國科學院金屬研究所和美國勞倫斯伯克利國家實驗室的兩篇預印本文章進行了理論計算，他們發現LK-99有室溫超導的可能性或具備一些超導特征。

除了LK-99材料的超導性受到質疑，韓國團隊作為研究者的可信性也不足。團隊中李石培和金智勛曾是韓國高麗大學教授崔東植的學生。1993年，崔東植提出了一個新的超導理論“原子間超導帶理論”，但因為與主流的理論背道相馳，不被學術圈接受。

1999年，李石培和金智勛在一次實驗中，偶然發現實驗品的觀測數據中有一個只有超導體才會出現的微弱信號。但反復實驗后，也沒有最終制作出產生這個信號的材料。

此后，李石培和金智勛先后離開高麗大學的實驗室，并于2008年創辦了韓國量子能源研究所。2018年，二人在高麗大學教授權英完的幫助下，拿到了韓國研究財團的贊助，獲得了更好的實驗條件和設備。

2020年，二人第一次向《自然》雜志投遞了關于超導材料的論文，但是當時正趕上了朗加·迪亞斯超導論文學界證偽的風波，二人的論文被《自然》拒收。之后，他們聯系了金鉉卓，并在金鉉卓及其團隊幫助下合成了LK-99材料。2021年，二人為LK-99在韓國申請專利，該專利于今年3月通過。

今年7月22日，權英完署上李石培和金智勛的名字，在arXiv上發表了第一篇關于LK-99的論文，聲稱他們發現了室溫超導材料。兩個半小時后，金炫卓剔除權英完，將自己列為第三作者，在arXiv發表了第二篇論文，公布了更詳細的數據。

韓國“LK-99 驗證委員會”委員長由首爾大學教授金昌永擔任，成員來自首爾大學、成均館大學、浦項工大等。目前，韓國成均館大學、高麗大學、首爾大學等相關研究機構仍在進行重現 LK-99 的實驗。

害怕熱點的科學家

與社交媒體的熱烈討論相反，不少研究超導的科學家對此較為冷靜，甚至有意回避室溫超導日益增加的熱度。

8月2日，北京高壓科學研究中心主任毛河光教授接受媒體采訪時表示，“如果超導這么容易做，那我們以后不要去找專家去做這個事了，就讓大家土法煉鋼去。結果一定是，你會比專家多花很多功夫，而成功的概率幾乎是零”。毛河光的觀點在社交媒體上受到很多批評，有網友評價其為“科學家的自大”。

多位超導領域內的專家認為，目前室溫超導被過分關注，甚至有一些炒作行為。他們認為，關于超導，有可能會被公眾誤讀。一位不愿具名的超導專家對《中國新聞周刊》表達了一種擔憂：“別以后提到超導研究，就認為研究者是一群騙子。”他認為這會傷害本來搞科研的人。

談到業界有代表性的科學解釋，多位專家提及南京大學超導材料和物理研究中心主任聞海虎的分析。7月28日，聞海虎接受采訪時表示，根據韓國小組的文章和視頻內容，并結合超導的知識，LK-99電阻、磁化、磁懸浮三個證據都不足以證明室溫超導的存在。這與8月3日“LK-99 驗證委員會” 在未接觸韓國研究團隊LK-99樣品的情況下，得出的結論接近。

時隔一周，在國內外各個實驗室陸續復現后，聞海虎在接受《中國新聞周刊》采訪時表示，根據判定超導的標準，目前的復現實驗，仍然都不足以證明LK-99是室溫超導材料，其中實驗的現象都可以用其他思路或圖像來解釋，“驗證LK-99的室溫超導性還需要更多復現實驗”。

對于理論計算的支持，聞海虎認為，超導材料領域中理論模擬計算只提供一種解釋或佐證，驗證還要以實驗為主。他表示，仿真計算中的參數和軟件有差異，結果就會有差異，因此理論仿真不能作為可靠的驗證證據。

其實，有關室溫超導的呼聲，每年都會出現幾次。中國科學院物理研究所研究員羅會遷在《超導 “小時代”》一書總結了這些 “室溫超導體” 研究的共性：“很難經得住推敲和考證，它們很難被重復實驗來驗證——有的根本沒有公布成分結構或者制備方法，有的實驗現象極有可能是假象，有的實驗數據極有可能不可靠。”

在聞海虎印象中，這次韓國室溫超導材料引起的討論，是社會對超導討論最廣泛的一次。他回憶，此前大多數所謂室溫超導論文成果，并不會引起公眾的大范圍討論。科學家通過數據和圖像分析可以判斷大多數宣稱室溫超導論文的可靠程度，“大多數時候一笑了之”。這次韓國的研究引起了廣泛關注，他認為和論文結論的沖擊力以及樣品制備過程的直截了當有關。

聞海虎介紹，對于超導的兩個判據，有理解程度準確性的差異。例如，韓國團隊的電阻圖中，電阻下降中有些地方看似為0，但實際上，這個尺度可能需要放大到一萬倍才能做出基本判斷。如果只停留在對超導現象表層的認識的話，就會認為韓國團隊的論文很合理，因為似乎“零電阻”和“抗磁性”都有了，但是這些結論是需要深究的。比如，“零電阻”是不是真正的零電阻，“抗磁性”是不是超導類抗磁性。

艱難的證偽

“有時候，證偽比證實困難”，聞海虎認為，證偽需要更精細、更有邏輯、更有說服力的證據，才能被同行和專家接受。

3月15日，距離美國羅切斯特大學教授朗加·迪亞斯在美國物理學會年會上宣布發現高壓室溫超導材料并公布數據僅8天，聞海虎帶領的團隊就公布重復實驗結果，推翻了迪亞斯等人的室溫超導研究結果，引發轟動。

聞海虎教授團隊的前述研究結果5月11日在線發表在《自然》雜志上：他們制備的氮摻雜的镥氫化物沒有表現出近常壓室溫超導性。

短短8天就得出驗證結果，聞海虎認為這是積累加上機緣巧合。“當時合成原料和條件在我們實驗室都基本具備，合成路線又碰巧成功了，所以能很快制備出材料。”聞海虎說。他第一眼看到迪亞斯的論文時，覺得“數據看起來非常讓人震驚和漂亮”，是個重要的實驗進展，但是后來逐漸發現了原始數據和分析過程中的一些問題。“一開始根本不是想著去證偽的，只是想重復這樣一個重要結果。”聞海虎說。

與迪亞斯的論文不同，聞海虎在剛看到韓國團隊的LK-99論文和視頻的時候，經過數據解讀和分析，就認為現有數據不能證明其是室溫超導材料。首先視頻里的小“超導體”有跌落到磁體表面的過程，這是超導體一般沒有的。其次，電阻測得也不好，從數據上看不出真正的零電阻，論文里也沒有給出判斷超導的標準磁化曲線，這都讓人產生懷疑。

對于韓國量子能源研究所團隊，聞海虎也有自己的判斷。他介紹說，該團隊中的成員不是超導領域中非常職業化的研究人員。他們的論文中，關于電阻測量、磁化測量和磁懸浮現象的證明程度不足，或說明他們對超導的基本認識有一些欠缺。

從探索新型超導體角度看，聞海虎認為LK-99的研究路線也還算正常的研究思路。他進一步介紹說，他當然希望LK-99是一個真正的室溫超導體，但是超導的判斷需要有嚴格的審視標準。LK-99如果被證明不是室溫超導體，談不上對超導學界有什么影響。LK-99作為一種材料電阻雖不是零，但仍有可能屬于電阻較小的材料。等材料純化以后，才能驗證其電阻是否真正很小。

聞海虎稱，基于LK-99目前測的數據，假設樣品是均勻的，在110K下，其電阻率與銅的相當或略大幾倍 ，加上價格和延展性差等因素，如果不能被證明是超導體，其應用價值不大。對于LK-99作為一種抗磁材料的意義，聞海虎認為，目前LK-99表現出的抗磁性談不上強，而弱抗磁材料在工業上有什么大規模應用不好說。

其實，在超導領域，跨越式、偶然的材料發現也不少見，例如2001年的二硼化鎂超導體的發現。1986年，瑞士科學家發現鍶鑭銅氧化物高溫超導體，就是在開國際會議中受到會場海報的啟發，獲得靈感。但是聞海虎認為，這也并非純粹的偶然，超導材料的發現還是依賴于專業知識的積累和平時的思考。

聞海虎的團隊7月25日開始進行LK-99的復現合成，8月3日完成了第一批樣品的制備和初步檢測，發現在低磁場下總體呈現弱抗磁行為，在350K下，沒有發現類似超導的邁斯納態。另外，挑出的一些小的黑色樣品具有與韓國團隊和華中科技大學演示的差不多的“懸浮”狀態，但是樣品電阻很大，也沒有發現超導。

聞海虎介紹，如果沒有獲得韓國方面的樣品，還要證偽的話，首先要保證制備的材料與LK-99的晶體結構和成分盡可能相同，然后進行仔細的測量，包括電阻和磁化測量。由于室溫超導材料在低溫下一定是超導，如果在低溫條件下材料還有電阻，就可以判斷其不是室溫超導材料。再加上磁性測量的判斷，兩者加起來就可以敲定是否為超導材料。

在得出完備證據前，聞海虎認為目前還不能完全排除LK-99是室溫超導的可能。“如果材料制備非常干凈，也可能會發生奇跡。”聞海虎說。

“如果委員會得到最初的LK-99材料，是很快可以得出結論的。”聞海虎認為，驗證委員會里面有在國際超導界有影響的專家，一旦能夠拿到LK-99團隊提供的樣品，只需測量驗證LK-99是否具備超導體特有的磁滯特性和零電阻，很快就能真相大白。