文| 馬 迪

人們時(shí)刻對(duì)它保持期待，每一次新的可能性出現(xiàn)時(shí)，無(wú)論希望多么渺茫也要全力一試，這就是室溫超導(dǎo)的魅力。

2023年7月23日，韓國(guó)科學(xué)技術(shù)研究院量子能源研究中心團(tuán)隊(duì)在預(yù)印版論文平臺(tái)上發(fā)布論文，稱已成功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)，立刻在全世界范圍內(nèi)掀起了復(fù)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)的熱潮，也讓“室溫超導(dǎo)”這個(gè)名詞再次席卷了全球媒體。

無(wú)心插柳的發(fā)現(xiàn)

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

但在最初，這個(gè)詞只是一種簡(jiǎn)潔的描述方式而已，就連昂內(nèi)斯本人也不知道超導(dǎo)現(xiàn)象背后的原理是什么。當(dāng)時(shí)的人更傾向于把超導(dǎo)看作是正常導(dǎo)電機(jī)制的一種極端情況，而沒(méi)有認(rèn)識(shí)到二者有本質(zhì)的不同。

事實(shí)是，人類迄今還沒(méi)有完全理解超導(dǎo)體的原理，愛(ài)因斯坦、海森堡、波爾、泡利等物理學(xué)巨匠都曾嘗試解釋，卻都無(wú)功而返。直到1957年，物理學(xué)家巴丁、庫(kù)珀等人提出的BCS理論才第一次獲得了同行的認(rèn)可。但隨著高溫超導(dǎo)體發(fā)現(xiàn)，這個(gè)理論也受到了挑戰(zhàn)。

這意味著，超導(dǎo)研究是一個(gè)充滿偶然的過(guò)程—許多人調(diào)侃尋找超導(dǎo)體就像“煉丹”，反倒是在其他研究中更有機(jī)會(huì)獲得意外“驚喜”，比如銅基超導(dǎo)和鐵基超導(dǎo)材料都是如此。

眾說(shuō)紛紜的現(xiàn)在

發(fā)現(xiàn)超導(dǎo)現(xiàn)象至今百余年，新的超導(dǎo)材料不斷被發(fā)現(xiàn)，但實(shí)現(xiàn)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(wàn)倍的極端高壓，這讓超導(dǎo)材料難以制造，也很難實(shí)際應(yīng)用到日常生活中。

近幾年來(lái)，每當(dāng)有人聲稱發(fā)現(xiàn)了室溫超導(dǎo)體，都會(huì)催化出更多的關(guān)注和爭(zhēng)議。2016年，德國(guó)萊比錫大學(xué)的一個(gè)團(tuán)隊(duì)聲稱在巴西的一個(gè)石墨礦里找到了室溫超導(dǎo)體；2018年，印度科學(xué)理工學(xué)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(dǎo)電性；還有2020年，美國(guó)羅切斯特大學(xué)的迪亞茲提出在金剛石壓腔中可以合成碳質(zhì)硫氫化物超導(dǎo)體……最后都被證明是無(wú)法被復(fù)現(xiàn)的“烏龍事件”。

此次韓國(guó)科學(xué)技術(shù)研究院的LK-99實(shí)驗(yàn)也面臨著類似的挑戰(zhàn)。按照公開資料，LK-99的合成方法直接、簡(jiǎn)單、便宜，因此引來(lái)了前所未有的參與和關(guān)注—從專業(yè)的研究院所，到民間科學(xué)愛(ài)好者，全世界都在嘗試復(fù)現(xiàn)這個(gè)所謂的“超導(dǎo)奇跡”，遺憾的是至今無(wú)人成功。

室溫超導(dǎo)為什么能夠引起如此大的關(guān)注呢？簡(jiǎn)單說(shuō)，這種材料如果存在，毫無(wú)疑問(wèn)將會(huì)開啟“第三次工業(yè)革命”，徹底改變?nèi)祟惖纳罘绞胶湍茉唇Y(jié)構(gòu)，甚至全球政治經(jīng)濟(jì)平衡。

前景廣闊的未來(lái)

如果人類的文明可以用材料來(lái)劃分不同的階段，比如石器、青銅、鐵器到現(xiàn)在的硅基（芯片）時(shí)代，而取代硅基的下一代材料很有可能就是室溫超導(dǎo)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(yuǎn)距離電力傳輸不再需要變電設(shè)備，所有的電網(wǎng)架設(shè)都將變得極為簡(jiǎn)單，近距離無(wú)線電傳輸效率可以達(dá)到100%，電池儲(chǔ)能的密度也將大大提升；芯片不用再顧及散熱的問(wèn)題，量子計(jì)算機(jī)也不用在低溫環(huán)境中工作，算力的瓶頸將被突破，人工智能和數(shù)字技術(shù)將迎來(lái)爆發(fā)式發(fā)展。

其次，超導(dǎo)體還具有“完全抗磁性”，這是指將超導(dǎo)體置于磁場(chǎng)中時(shí)，磁力無(wú)法穿過(guò)超導(dǎo)體，磁場(chǎng)會(huì)將它推開，也就是懸浮在空中。有了超導(dǎo)體，磁懸浮列車、電磁彈射將成為日常，直接改變?nèi)藗兊慕煌ǚ绞?，核磁技術(shù)、半導(dǎo)體、可控核聚變的研究也將突飛猛進(jìn)。

順便一提，電影《阿凡達(dá)》的設(shè)定中，潘多拉星球上之所以有那么多懸浮的島嶼，就是因?yàn)橛写罅砍瑢?dǎo)礦石，哪怕發(fā)動(dòng)“星球大戰(zhàn)”，地球人也要得到這種礦物，可見(jiàn)對(duì)超導(dǎo)體的需求有多強(qiáng)烈。

無(wú)論是人工合成還是外星開采，室溫超導(dǎo)體就像是一把能打開一個(gè)巨大寶藏的鑰匙，雖然人們對(duì)它在哪里、如何獲得它還沒(méi)有太多頭緒?？梢源_定的是，人們時(shí)刻對(duì)它保持期待，每一次新的可能性出現(xiàn)時(shí)，無(wú)論希望多么渺茫也要全力一試，這就是室溫超導(dǎo)的魅力。