孫厚銘

韓國室溫超導(dǎo)研究團隊提供的關(guān)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(yù)印本平臺arXiv上接連發(fā)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(xiàn)為超導(dǎo)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(nèi)外多家機構(gòu)陸續(xù)復(fù)現(xiàn)LK-99，室溫超導(dǎo)成為社交媒體和資本市場的熱門議題，在視頻網(wǎng)站嗶哩嗶哩，LK-99材料的復(fù)現(xiàn)視頻達到幾百萬的播放量?！笆覝爻瑢?dǎo)”近14天的百度搜索指數(shù)，從一兩百達到萬數(shù)量級，環(huán)比增長10077％。8月1日，美國超導(dǎo)股票AMSC盤前跳漲71％，最高漲幅150％。

8月2日，韓國超導(dǎo)學(xué)會宣布成立“LK-99 驗證委員會”，將驗證該成果的真實性。當(dāng)?shù)貢r間3日，“LK-99驗證委員會”表示，由于與LK-99相關(guān)的影像和論文中沒有呈現(xiàn)精確的邁斯納效應(yīng)，目前的證據(jù)仍不足以證明LK-99是室溫超導(dǎo)體。

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

復(fù)現(xiàn)和質(zhì)疑

室溫超導(dǎo)體被視為現(xiàn)代物理學(xué)“圣杯”之一。整個社會對LK-99的巨大關(guān)注，也在于室溫超導(dǎo)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(xué)家發(fā)現(xiàn)，對金屬導(dǎo)體而言，當(dāng)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(xué)家?？恕ぐ簝?nèi)斯等人在研究中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)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(xué)溫標(biāo)或稱為絕對溫標(biāo)，每變化1K相當(dāng)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(xué)家發(fā)現(xiàn)的第一個超導(dǎo)體，其超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度為4.2K。

學(xué)界將超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度高于77 K（-196.15℃）的超導(dǎo)材料稱為高溫超導(dǎo)體，室溫超導(dǎo)體又稱常溫超導(dǎo)體，是在室溫中表現(xiàn)出超導(dǎo)性的材料。一般認為，室溫大約在298K（25℃左右）。1911年到2018年，科學(xué)家成功將超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度從30K提高到了250K。不過，根據(jù)德國科學(xué)家團隊的研究，250K的超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度仍需要170GPa的壓強來實現(xiàn)，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(xiàn)超導(dǎo)性，無疑具有革命性。

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

韓國量子能源研究所團隊發(fā)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(xué)反應(yīng)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(fā)生反應(yīng)，并轉(zhuǎn)化為最終材料?！毕啾扔谥俺瑢?dǎo)材料制備過程中對壓力和設(shè)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(dǎo)性質(zhì)，其必須滿足兩個條件：零電阻和完全抗磁性，即邁斯納效應(yīng)。邁斯納效應(yīng)是超導(dǎo)體從一般狀態(tài)相變至超導(dǎo)態(tài)的過程中對磁場的排斥現(xiàn)象，該效應(yīng)被視作超導(dǎo)實現(xiàn)的重要特征。

韓國量子能源研究所發(fā)布論文后，全球已有多個研究團隊在復(fù)現(xiàn)LK-99的合成，并驗證其超導(dǎo)特性。北京航空航天大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院研究論文發(fā)現(xiàn)，合成的LK-99電阻不為零，也沒有發(fā)生磁懸浮。印度國家物理實驗室也發(fā)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(fù)現(xiàn)進展。8月1日，一位B站用戶發(fā)布了合成并驗證室溫超導(dǎo)材料LK-99的視頻，華中科技大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)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(fù)現(xiàn)的證據(jù)。8月2日，曲阜師范大學(xué)一團隊表示已經(jīng)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(fā)現(xiàn)該樣品在常溫到 50K （-223.16℃）的低溫范圍內(nèi)仍存在較大電阻值，與“室溫超導(dǎo)”的零電阻特性相差甚遠。

8月3日凌晨，東南大學(xué)物理學(xué)教授孫悅在B站發(fā)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(qū)強調(diào)，目前結(jié)果并不能證實LK-99就是室溫超導(dǎo)，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(xué)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(fù)現(xiàn)熱潮，表示非常歡迎。

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

除了LK-99材料的超導(dǎo)性受到質(zhì)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(xué)教授崔東植的學(xué)生。1993年，崔東植提出了一個新的超導(dǎo)理論“原子間超導(dǎo)帶理論”，但因為與主流的理論背道相馳，不被學(xué)術(shù)圈接受。

1999年，李石培和金智勛在一次實驗中，偶然發(fā)現(xiàn)實驗品的觀測數(shù)據(jù)中有一個只有超導(dǎo)體才會出現(xiàn)的微弱信號。但反復(fù)實驗后，也沒有最終制作出產(chǎn)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(xué)的實驗室，并于2008年創(chuàng)辦了韓國量子能源研究所。2018年，二人在高麗大學(xué)教授權(quán)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(shè)備。

2020年，二人第一次向《自然》雜志投遞了關(guān)于超導(dǎo)材料的論文，但是當(dāng)時正趕上了朗加·迪亞斯超導(dǎo)論文學(xué)界證偽的風(fēng)波，二人的論文被《自然》拒收。之后，他們聯(lián)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(quán)英完署上李石培和金智勛的名字，在arXiv上發(fā)表了第一篇關(guān)于LK-99的論文，聲稱他們發(fā)現(xiàn)了室溫超導(dǎo)材料。兩個半小時后，金炫卓剔除權(quán)英完，將自己列為第三作者，在arXiv發(fā)表了第二篇論文，公布了更詳細的數(shù)據(jù)。

韓國“LK-99 驗證委員會”委員長由首爾大學(xué)教授金昌永擔(dān)任，成員來自首爾大學(xué)、成均館大學(xué)、浦項工大等。目前，韓國成均館大學(xué)、高麗大學(xué)、首爾大學(xué)等相關(guān)研究機構(gòu)仍在進行重現(xiàn) LK-99 的實驗。

害怕熱點的科學(xué)家

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

8月2日，北京高壓科學(xué)研究中心主任毛河光教授接受媒體采訪時表示，“如果超導(dǎo)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(jié)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(wǎng)友評價其為“科學(xué)家的自大”。

多位超導(dǎo)領(lǐng)域內(nèi)的專家認為，目前室溫超導(dǎo)被過分關(guān)注，甚至有一些炒作行為。他們認為，關(guān)于超導(dǎo)，有可能會被公眾誤讀。一位不愿具名的超導(dǎo)專家對《中國新聞周刊》表達了一種擔(dān)憂：“別以后提到超導(dǎo)研究，就認為研究者是一群騙子?！彼J為這會傷害本來搞科研的人。

談到業(yè)界有代表性的科學(xué)解釋，多位專家提及南京大學(xué)超導(dǎo)材料和物理研究中心主任聞?；⒌姆治?。7月28日，聞?；⒔邮懿稍L時表示，根據(jù)韓國小組的文章和視頻內(nèi)容，并結(jié)合超導(dǎo)的知識，LK-99電阻、磁化、磁懸浮三個證據(jù)都不足以證明室溫超導(dǎo)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(jié)論接近。

時隔一周，在國內(nèi)外各個實驗室陸續(xù)復(fù)現(xiàn)后，聞?；⒃诮邮堋吨袊侣勚芸凡稍L時表示，根據(jù)判定超導(dǎo)的標(biāo)準(zhǔn)，目前的復(fù)現(xiàn)實驗，仍然都不足以證明LK-99是室溫超導(dǎo)材料，其中實驗的現(xiàn)象都可以用其他思路或圖像來解釋，“驗證LK-99的室溫超導(dǎo)性還需要更多復(fù)現(xiàn)實驗”。

對于理論計算的支持，聞?；⒄J為，超導(dǎo)材料領(lǐng)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(shù)和軟件有差異，結(jié)果就會有差異，因此理論仿真不能作為可靠的驗證證據(jù)。

其實，有關(guān)室溫超導(dǎo)的呼聲，每年都會出現(xiàn)幾次。中國科學(xué)院物理研究所研究員羅會遷在《超導(dǎo) “小時代”》一書總結(jié)了這些 “室溫超導(dǎo)體” 研究的共性：“很難經(jīng)得住推敲和考證，它們很難被重復(fù)實驗來驗證——有的根本沒有公布成分結(jié)構(gòu)或者制備方法，有的實驗現(xiàn)象極有可能是假象，有的實驗數(shù)據(jù)極有可能不可靠?！?/p>

在聞?；⒂∠笾校@次韓國室溫超導(dǎo)材料引起的討論，是社會對超導(dǎo)討論最廣泛的一次。他回憶，此前大多數(shù)所謂室溫超導(dǎo)論文成果，并不會引起公眾的大范圍討論?？茖W(xué)家通過數(shù)據(jù)和圖像分析可以判斷大多數(shù)宣稱室溫超導(dǎo)論文的可靠程度，“大多數(shù)時候一笑了之”。這次韓國的研究引起了廣泛關(guān)注，他認為和論文結(jié)論的沖擊力以及樣品制備過程的直截了當(dāng)有關(guān)。

聞?；⒔榻B，對于超導(dǎo)的兩個判據(jù)，有理解程度準(zhǔn)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(dǎo)現(xiàn)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(jié)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(dǎo)類抗磁性。

艱難的證偽

“有時候，證偽比證實困難”，聞?；⒄J為，證偽需要更精細、更有邏輯、更有說服力的證據(jù)，才能被同行和專家接受。

3月15日，距離美國羅切斯特大學(xué)教授朗加·迪亞斯在美國物理學(xué)會年會上宣布發(fā)現(xiàn)高壓室溫超導(dǎo)材料并公布數(shù)據(jù)僅8天，聞海虎帶領(lǐng)的團隊就公布重復(fù)實驗結(jié)果，推翻了迪亞斯等人的室溫超導(dǎo)研究結(jié)果，引發(fā)轟動。

聞?；⒔淌趫F隊的前述研究結(jié)果5月11日在線發(fā)表在《自然》雜志上：他們制備的氮摻雜的镥氫化物沒有表現(xiàn)出近常壓室溫超導(dǎo)性。

短短8天就得出驗證結(jié)果，聞?；⒄J為這是積累加上機緣巧合?！爱?dāng)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?；⒄f。他第一眼看到迪亞斯的論文時，覺得“數(shù)據(jù)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(fā)現(xiàn)了原始數(shù)據(jù)和分析過程中的一些問題?！耙婚_始根本不是想著去證偽的，只是想重復(fù)這樣一個重要結(jié)果?！甭労；⒄f。

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(jīng)過數(shù)據(jù)解讀和分析，就認為現(xiàn)有數(shù)據(jù)不能證明其是室溫超導(dǎo)材料。首先視頻里的小“超導(dǎo)體”有跌落到磁體表面的過程，這是超導(dǎo)體一般沒有的。其次，電阻測得也不好，從數(shù)據(jù)上看不出真正的零電阻，論文里也沒有給出判斷超導(dǎo)的標(biāo)準(zhǔn)磁化曲線，這都讓人產(chǎn)生懷疑。

對于韓國量子能源研究所團隊，聞?；⒁灿凶约旱呐袛?。他介紹說，該團隊中的成員不是超導(dǎo)領(lǐng)域中非常職業(yè)化的研究人員。他們的論文中，關(guān)于電阻測量、磁化測量和磁懸浮現(xiàn)象的證明程度不足，或說明他們對超導(dǎo)的基本認識有一些欠缺。

從探索新型超導(dǎo)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(dāng)然希望LK-99是一個真正的室溫超導(dǎo)體，但是超導(dǎo)的判斷需要有嚴(yán)格的審視標(biāo)準(zhǔn)。LK-99如果被證明不是室溫超導(dǎo)體，談不上對超導(dǎo)學(xué)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(shù)據(jù)，假設(shè)樣品是均勻的，在110K下，其電阻率與銅的相當(dāng)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(dǎo)體，其應(yīng)用價值不大。對于LK-99作為一種抗磁材料的意義，聞?；⒄J為，目前LK-99表現(xiàn)出的抗磁性談不上強，而弱抗磁材料在工業(yè)上有什么大規(guī)模應(yīng)用不好說。

其實，在超導(dǎo)領(lǐng)域，跨越式、偶然的材料發(fā)現(xiàn)也不少見，例如2001年的二硼化鎂超導(dǎo)體的發(fā)現(xiàn)。1986年，瑞士科學(xué)家發(fā)現(xiàn)鍶鑭銅氧化物高溫超導(dǎo)體，就是在開國際會議中受到會場海報的啟發(fā)，獲得靈感。但是聞?；⒄J為，這也并非純粹的偶然，超導(dǎo)材料的發(fā)現(xiàn)還是依賴于專業(yè)知識的積累和平時的思考。

聞?；⒌膱F隊7月25日開始進行LK-99的復(fù)現(xiàn)合成，8月3日完成了第一批樣品的制備和初步檢測，發(fā)現(xiàn)在低磁場下總體呈現(xiàn)弱抗磁行為，在350K下，沒有發(fā)現(xiàn)類似超導(dǎo)的邁斯納態(tài)。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(xué)演示的差不多的“懸浮”狀態(tài)，但是樣品電阻很大，也沒有發(fā)現(xiàn)超導(dǎo)。

聞?；⒔榻B，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(jié)構(gòu)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(dǎo)材料在低溫下一定是超導(dǎo)，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(dǎo)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(dǎo)材料。

在得出完備證據(jù)前，聞?；⒄J為目前還不能完全排除LK-99是室溫超導(dǎo)的可能?！叭绻牧现苽浞浅８蓛簦部赡軙l(fā)生奇跡?！甭労；⒄f。

“如果委員會得到最初的LK-99材料，是很快可以得出結(jié)論的?！甭労；⒄J為，驗證委員會里面有在國際超導(dǎo)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(dǎo)體特有的磁滯特性和零電阻，很快就能真相大白。