“室溫超導”為何經常鬧烏龍

文／孫英睿 范朝輝

2023 年7 月底，韓國科學研究團隊稱，一種名為“LK-99”的銅、鉛、磷和氧的化合物可以實現室溫超導。消息傳出后，多國科學家紛紛嘗試復制“LK-99”。日前，《自然》雜志的一篇報道總結了國際上不同實驗室的重復實驗結果，指出“LK-99”不是室溫超導體，并解釋了這種材料出現類似超導行為的原因。“LK-99”終于塵埃落定，被認定為烏龍事件。

在探索室溫超導的歷程中，“LK-99”不是第一種被宣稱實現室溫超導的材料，也不是第一種在后續驗證中陷入爭議的材料。事實上，很多所謂的“室溫超導體”最后都無法定論，物理學家們將其稱為“不明超導體”。那為什么“室溫超導”總是命運多舛呢？

1911 年4 月8 日，荷蘭物 理學家海克·卡末林·昂內斯通過實驗發現了超導現象，即導體在特定條件下（如溫度、壓強、磁場等）電阻為零的現象。

超導其實是物質的一種特殊狀態，它有兩個最主要的衡量指標：臨界溫度和臨界磁場，而它的特性是零電阻性和完全抗磁性。這樣的特性讓超導的應用前景十分廣闊。例如，超導體電阻為零，可以無損耗運輸電力；它有完全的抗磁性，液氮超導磁懸浮就是很直觀的表現；它可以很方便地按照電磁感應定律產生強大的磁場，用于核磁共振……但昂內斯觀察到的超導現象，需要的溫度是4.2k（約為-269℃），如此低的溫度意味著超導體基本沒有任何日常實用的可能性。

在過去十幾年里，不斷有研究團隊聲稱找到了室溫或接近室溫的超導體。2020 年10月，美國迪亞斯團隊聲稱通過綠色激光誘導合成的碳硫氫化合物在267GPa 壓強（高壓）下超導轉變溫度高達288K（14.85℃）。但是還沒等該實驗被重復出來，迪亞斯團隊的實驗數據便受到同行懷疑。迪亞斯團隊的論文最終在2022 年9月被撤回。

2023 年3 月初，迪亞 斯宣布又發現了室溫超導體——高溫高壓條件下合成的镥氮氫化合物在1GPa 壓強下即可實現294K（20.85℃）室溫超導。但是，這項研究結果不僅未得到復現，還被不少驗證性實驗予以否定。

據不完全統計，歷史上聲稱發現室溫超導的研究不少于7 個，其結果不是未得到證實，就是論文被期刊撤稿。

新的超導材料要想獲得認可，既需要研究人員給出令人信服的數據，又需要其他同行能夠重復出同樣的效果。對疑似超導體的驗證工作至少分為兩個階段：獲得一塊高質量的樣品和對樣品完成測試。

首先，制備樣品就不容易。“高質量樣品”往往是一塊大小合適的干凈單晶。用來測試的晶體，缺陷要盡可能少，雜質要幾乎完全排除。這就需要昂貴的高純原料、復雜的燒結條件，以及經驗和一些運氣。

其次，測試出有說服力的數據同樣不易。常壓超導的樣品測試起來相對簡單，但也有很多步驟。樣品首先要用細砂紙打磨，打磨輕了，表面雜質沒被剝離，會帶來假信號；打磨重了，可能導致樣品四分五裂。幾毫米長的樣品磨好以后，還要并排粘上4根導電電極，用類似伏安法電壓表內接的方式測試電阻。電極要粘得平行且等長，彼此還要留出足夠的距離。所有這些步驟都要在顯微鏡下迅速完成，不然樣品若在空氣中氧化變質，前面的工作就白費了。

我們相信，隨著實驗技術的進步和基礎理論的突破，未來還會有更多的“室溫超導”材料出現。如果室溫超導真正實現，一定會為世界帶來巨大改變。科學探索必然道阻且長，人類對溫和條件下超導的探索不會停止。