超導迷霧

文| 馬 迪

人們時刻對它保持期待，每一次新的可能性出現時，無論希望多么渺茫也要全力一試，這就是室溫超導的魅力。

2023年7月23日，韓國科學技術研究院量子能源研究中心團隊在預印版論文平臺上發布論文，稱已成功合成了世界上第一個室溫常壓超導體—改性鉛磷灰石晶體結構，立刻在全世界范圍內掀起了復現實驗的熱潮，也讓“室溫超導”這個名詞再次席卷了全球媒體。

無心插柳的發現

1908年，荷蘭物理學家昂內斯成功液化了氦氣，并獲得了接近絕對零度的低溫4.2K（約-269攝氏度）。1911-1913年間，昂內斯等人用液氮冷卻金屬時發現，在溫度降至4.2K左右時，汞、錫和鉛的電阻會完全消失，具有完全的導電性，昂內斯將這種現象稱為“超導電性”。

但在最初，這個詞只是一種簡潔的描述方式而已，就連昂內斯本人也不知道超導現象背后的原理是什么。當時的人更傾向于把超導看作是正常導電機制的一種極端情況，而沒有認識到二者有本質的不同。

事實是，人類迄今還沒有完全理解超導體的原理，愛因斯坦、海森堡、波爾、泡利等物理學巨匠都曾嘗試解釋，卻都無功而返。直到1957年，物理學家巴丁、庫珀等人提出的BCS理論才第一次獲得了同行的認可。但隨著高溫超導體發現，這個理論也受到了挑戰。

這意味著，超導研究是一個充滿偶然的過程—許多人調侃尋找超導體就像“煉丹”，反倒是在其他研究中更有機會獲得意外“驚喜”，比如銅基超導和鐵基超導材料都是如此。

眾說紛紜的現在

發現超導現象至今百余年，新的超導材料不斷被發現，但實現的條件一直都極端苛刻：低溫或高壓—要么是零下140多度的低溫，要么是高于大氣壓力10萬倍的極端高壓，這讓超導材料難以制造，也很難實際應用到日常生活中。

近幾年來，每當有人聲稱發現了室溫超導體，都會催化出更多的關注和爭議。2016年，德國萊比錫大學的一個團隊聲稱在巴西的一個石墨礦里找到了室溫超導體；2018年，印度科學理工學院的科研人員聲稱在金納米陣列里的納米銀粉存在室溫超導電性；還有2020年，美國羅切斯特大學的迪亞茲提出在金剛石壓腔中可以合成碳質硫氫化物超導體……最后都被證明是無法被復現的“烏龍事件”。

此次韓國科學技術研究院的LK-99實驗也面臨著類似的挑戰。按照公開資料，LK-99的合成方法直接、簡單、便宜，因此引來了前所未有的參與和關注—從專業的研究院所，到民間科學愛好者，全世界都在嘗試復現這個所謂的“超導奇跡”，遺憾的是至今無人成功。

室溫超導為什么能夠引起如此大的關注呢？簡單說，這種材料如果存在，毫無疑問將會開啟“第三次工業革命”，徹底改變人類的生活方式和能源結構，甚至全球政治經濟平衡。

前景廣闊的未來

如果人類的文明可以用材料來劃分不同的階段，比如石器、青銅、鐵器到現在的硅基（芯片）時代，而取代硅基的下一代材料很有可能就是室溫超導體。

首先，“零電阻”特性將大幅降低能耗，讓人類掀起新的能源革命。比如遠距離電力傳輸不再需要變電設備，所有的電網架設都將變得極為簡單，近距離無線電傳輸效率可以達到100%，電池儲能的密度也將大大提升；芯片不用再顧及散熱的問題，量子計算機也不用在低溫環境中工作，算力的瓶頸將被突破，人工智能和數字技術將迎來爆發式發展。

其次，超導體還具有“完全抗磁性”，這是指將超導體置于磁場中時，磁力無法穿過超導體，磁場會將它推開，也就是懸浮在空中。有了超導體，磁懸浮列車、電磁彈射將成為日常，直接改變人們的交通方式，核磁技術、半導體、可控核聚變的研究也將突飛猛進。

順便一提，電影《阿凡達》的設定中，潘多拉星球上之所以有那么多懸浮的島嶼，就是因為有大量超導礦石，哪怕發動“星球大戰”，地球人也要得到這種礦物，可見對超導體的需求有多強烈。

無論是人工合成還是外星開采，室溫超導體就像是一把能打開一個巨大寶藏的鑰匙，雖然人們對它在哪里、如何獲得它還沒有太多頭緒。可以確定的是，人們時刻對它保持期待，每一次新的可能性出現時，無論希望多么渺茫也要全力一試，這就是室溫超導的魅力。