LK-99“室溫超導(dǎo)”火爆全球！是一場(chǎng)鬧劇還是一次技術(shù)躍遷？

2023-08-08 09:55:06來(lái)源：嗶哩嗶哩

我們似乎已站在人類文明史的分水嶺。

(資料圖片僅供參考)

在7月底的時(shí)候，“室溫超導(dǎo)”這個(gè)名詞席卷了全球媒體：韓國(guó)的一個(gè)研究團(tuán)隊(duì)在arXiv上發(fā)布了兩篇論文，宣稱他們成功地合成了世界上第一個(gè)室溫常壓超導(dǎo)體——改性鉛磷灰石晶體結(jié)構(gòu)(LK-99)。商道童言（Innovationcase）留意到，這個(gè)消息已經(jīng)震驚了全世界。

隨后，全球各地的人們都陷入了室溫超導(dǎo)的復(fù)現(xiàn)狂潮。而在這個(gè)熱潮中，華中科技大學(xué)成為了全球首個(gè)公開(kāi)證實(shí)LK-99磁懸浮特性的研究團(tuán)隊(duì)。

據(jù)悉LK-99是由鉛磷灰石稍加變動(dòng)的六方結(jié)構(gòu)，引入了少量的銅，使其可以在127攝氏度以下表現(xiàn)出超導(dǎo)性，化學(xué)式寫(xiě)作：

然而，從實(shí)驗(yàn)人員本身，以及目前知乎各大神的回復(fù)來(lái)看，實(shí)驗(yàn)和中國(guó)各大學(xué)的復(fù)現(xiàn)僅僅是證明了材料的抗磁性，而并沒(méi)有證明材料的超導(dǎo)性。需要新的一批材料進(jìn)行測(cè)量電阻。

同時(shí)，相關(guān)理論驗(yàn)證也有了新的進(jìn)展。美國(guó)勞倫斯伯克利國(guó)家實(shí)驗(yàn)室(LBNL)進(jìn)行的計(jì)算機(jī)模擬從理論上支持了這種材料具有常溫超導(dǎo)能力的結(jié)論。不過(guò)，作者在論文中也提到，實(shí)際合成這種材料是有一定難度的。在國(guó)內(nèi)，中國(guó)科學(xué)院沈陽(yáng)材料科學(xué)國(guó)家實(shí)驗(yàn)室也進(jìn)行了計(jì)算。

常溫超導(dǎo)體被視為現(xiàn)代物理學(xué)“圣杯”之一，在2018年，兩位印度科學(xué)家宣稱，一種金銀納米粒子構(gòu)成的混合物在13°C下顯現(xiàn)出超導(dǎo)特性。但這項(xiàng)研究在當(dāng)事人2019年5月發(fā)布修正后就不了了之。今年3月，美國(guó)羅切斯特大學(xué)的迪亞斯團(tuán)隊(duì)宣稱發(fā)現(xiàn)了室溫超導(dǎo)，但不久后就被多個(gè)實(shí)驗(yàn)團(tuán)隊(duì)發(fā)表聲明質(zhì)疑，該文章也在質(zhì)疑聲中被撤稿。

雖然目前各試驗(yàn)綜合的結(jié)論是：僅靠這個(gè)視頻驗(yàn)證邁森納效應(yīng)是不足夠的，還需要更多的樣品和實(shí)驗(yàn)。但美國(guó)和中國(guó)的股市已經(jīng)迅速作出反應(yīng)。

接下來(lái)的幾天里，將會(huì)有更多的復(fù)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)結(jié)果出來(lái)。全世界的研究者將合力驗(yàn)證這次人類究竟能否摘下室溫超導(dǎo)“圣杯”，進(jìn)入全新的紀(jì)元。不過(guò)，數(shù)字經(jīng)濟(jì)應(yīng)用實(shí)踐專家駱仁童博士補(bǔ)充到，在將實(shí)驗(yàn)結(jié)果從實(shí)驗(yàn)室?guī)肷虡I(yè)化應(yīng)用并實(shí)現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)之前，都需要經(jīng)過(guò)一定的時(shí)間。因此，盡管已經(jīng)驗(yàn)證了室溫超導(dǎo)材料的可行性，但我們還無(wú)法準(zhǔn)確預(yù)測(cè)室溫超導(dǎo)技術(shù)實(shí)現(xiàn)商業(yè)化的落地時(shí)間。

為什么人類如此渴望室溫超導(dǎo)？直接點(diǎn)說(shuō)，如果有比較低成本的材料獲得室溫超導(dǎo)體，那么將改變很多行業(yè)。數(shù)字經(jīng)濟(jì)應(yīng)用實(shí)踐專家駱仁童博士認(rèn)為，室溫超導(dǎo)材料的出現(xiàn)將帶來(lái)巨大變革，這種材料如果真的發(fā)明出來(lái)，而且需要的材料隨處可見(jiàn)，也可進(jìn)行工業(yè)化生產(chǎn)，那么對(duì)這個(gè)世界的改變將是翻天覆地的，稱其為第四次工業(yè)革命毫不夸張。

首先，這個(gè)突破將對(duì)電傳輸相關(guān)的產(chǎn)品行業(yè)產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響。超導(dǎo)體具有極低的電阻，導(dǎo)電過(guò)程中能量損耗極小。傳統(tǒng)導(dǎo)體在傳輸過(guò)程中，由于電阻較大而產(chǎn)生大量熱量，隨著距離增加，發(fā)熱程度加劇，損耗增大。長(zhǎng)距離輸電時(shí)，損耗甚至可能達(dá)到50%。目前解決這個(gè)問(wèn)題的方法是改變導(dǎo)線的面積或采用高壓輸電。而如果有了低成本的常溫超導(dǎo)材料，電阻將幾乎為零，從而減少變壓器輸電所需的成本和損耗。

其次，室溫超導(dǎo)將對(duì)芯片產(chǎn)業(yè)產(chǎn)生重大影響。當(dāng)前CPU超頻面臨的最大問(wèn)題是散熱問(wèn)題。然而，如果實(shí)現(xiàn)常溫超導(dǎo)，散熱問(wèn)題將得到極大緩解，芯片速度還可以提高并進(jìn)一步縮小尺寸。

第三，室溫超導(dǎo)將推動(dòng)磁懸浮運(yùn)輸技術(shù)的發(fā)展。借助低成本的常溫超導(dǎo)材料，可以維持強(qiáng)電流，從而產(chǎn)生強(qiáng)大的磁場(chǎng)。這將使磁懸浮列車的制造成本大幅下降，甚至可以實(shí)現(xiàn)磁懸浮電動(dòng)車的研發(fā)。

第四，室溫超導(dǎo)有望推動(dòng)可控核聚變技術(shù)的突破。實(shí)現(xiàn)可控核聚變需要維持上億度的高溫，而目前常用的導(dǎo)體材料無(wú)法滿足這一需求。此外，傳統(tǒng)方法在實(shí)現(xiàn)高磁場(chǎng)方面也需要巨大的能源投入。而常溫超導(dǎo)材料可以在較低功耗下實(shí)現(xiàn)強(qiáng)磁場(chǎng)，為可控核聚變的研究提供可能性。

第五，室溫超導(dǎo)將有助于降低醫(yī)療設(shè)備的成本。目前MRI核磁共振設(shè)備使用的是液氦和液氮冷卻的超導(dǎo)體。通過(guò)強(qiáng)電流產(chǎn)生強(qiáng)磁場(chǎng)，以提高圖像清晰度。而常溫超導(dǎo)材料可以節(jié)省液氦、液氮等冷卻劑的使用成本，使得核磁共振設(shè)備更加普及化。

第六，室溫超導(dǎo)將對(duì)儲(chǔ)能技術(shù)產(chǎn)生重要影響。一旦電能輸入超導(dǎo)線圈，只要不超過(guò)臨界電流，就可以在超導(dǎo)線圈中永久運(yùn)行，同時(shí)幾乎不損耗電能輸出。這將對(duì)未來(lái)的能量存儲(chǔ)、傳輸和價(jià)格產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響。

最后，室溫超導(dǎo)還將推動(dòng)超導(dǎo)量子計(jì)算機(jī)的發(fā)展。這種計(jì)算機(jī)計(jì)算能力極強(qiáng)，甚至手機(jī)都可以成為超級(jí)計(jì)算機(jī)。如果結(jié)合人工智能訓(xùn)練，許多AI應(yīng)用也將得以實(shí)現(xiàn)。

從商業(yè)角度來(lái)看，這些應(yīng)用的市場(chǎng)規(guī)模都是萬(wàn)億美元級(jí)別。如今，人工智能和室溫超導(dǎo)已經(jīng)引發(fā)了新一輪的全球競(jìng)賽，讓我們期待這場(chǎng)競(jìng)賽的結(jié)果能夠造福人類，實(shí)現(xiàn)向更廣闊星辰大海的探索夢(mèng)想。

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