室温超导为何令全球科学界沸腾？

作者／ IT时报记者 毛宇

编辑／ 王昕 孙妍

7月22日，韩国量子能源研究中心公司相关研究团队通过两篇论文及视频方式，声称在常压条件下，合成了全球首个室温常压超导体，临界温度为127℃。一时间，引起全球科学界沸腾，掀起“复现潮”。

在此后的20多天时间里，学界、科普界人士对此不断展开讨论和分析，“超导”这个物理学概念自其诞生起迎来了最为高光的时刻。

近日，北京大学量子材料科学中心和国科大等单位发布的一篇论文表明：合成出来的与韩国团队论文主成分一致的LK-99材料，不具备超导性。美国马里兰大学凝聚态物质理论中心（CMTC）也转发了最新的研究，称LK-99不是超导体，甚至在极低温度下也不是，它只是一种电阻非常高的劣质材料。

室温超导的热度不减，持续在国内网站乃至全球火爆，引来全球网友热议不断。那么，日常生活中并不算触手可及的超导材料究竟是什么？具体哪些应用可以惠及至人民群众？而本次引起热议的室温超导对业界又会产生哪些影响？

《IT时报》记者对话国家级青年人才、上海大学理学院物理系教授尹鑫茂，一起走进超导的世界，探索超导的奥秘。

01 室温常压超导仍是一大难题

超导的理论基础坚实可靠，但属于常温超导的春天也许还未来到，目前还没有科研团队真正复现出常温超导，所以一切还需等待时间的检验。

《IT时报》：对于网上热议的“超导事件”，您和物理学界人士是如何看待这一论文及数据的？

尹鑫茂：论文我有看过，我们系的上海市高温超导重点实验室也正在尝试复现，但暂时还未能获得超导性能。我本人主要是从事量子材料（包括超导材料）的光谱测量，所以我很希望能有新的超导材料出现并提供给我们来进行光谱学测量。对于这篇论文，我的感受是，其结论下得有点早、有点大了，其中提供的数据也比较粗糙。从以下两点可以看出这篇论文的瑕疵。

我们所熟知的超导必须得满足两个条件。一是具有零电阻的特性，电阻要为0；二是具有完全抗磁性的特性，也就是迈斯纳效应，这是一种体内磁感应强度为0的现象。两者都具备才是超导材料。

但从这篇论文来看，数据还不够充分。该团队的零电阻测试较为粗糙，论文中的数据也与一般的超导体不同，并且LK-99没有表现完全抗磁性，所以难以说明LK-99具有超导属性。

像近期东南大学做的复现LK-99实验，他们是在110K（-163.15℃）情况下观测到零电阻现象的，但这与室温相差还很多，其中也并未发现完全抗磁性。另外，近期全球实验室的复现结果都暂未能证明LK-99具有室温超导的属性。

这篇论文一出，业内普遍都持怀疑态度。目前也还没有科研团队真正复现出来，所以还需等待时间的检验。

《IT时报》：我们一般人从物理书中，读到过的通常是“低温超导”，除此之外，还有“高温超导”，那么在超导的世界里，究竟怎样的温度会被定义为“低温”或“高温”？

尹鑫茂：超导其实就是材料在某一温度下，电阻为零的状态。目前全球已经发现了很多超导材料，一般可以分为我们较为熟知的高温超导和低温超导体。像前面提到过的110K（-163.15℃），就属于高温超导范畴。

这里对于高温和低温的定义可以从两方面来看，一种是从现有物理理论来看，常压下超导转变温度存在一个约为40K(约零下233℃)的上限(McMillan极限)，超过40K的是高温超导，这类材料主要包括镧系元素和铜氧化物等复合材料；低于40K的为低温超导，低温超导会更接近0K，这类材料主要包括铁、镉、汞等金属元素和化合物材料。

还有一种是从应用的角度来看，高温超导应用多是搭配液氮一起使用，超过液氮沸点温度的为高温超导，低于它的为低温超导，这多作为行业应用时的常用判断依据。

《IT时报》：近10年，频繁有类似室温超导材料被发现的论文或研究出现，什么原因让室温超导成为竞相追捧的宠儿？

尹鑫茂：如果室温常压超导被发现，那么将会引起下一次的工业革命，目前高温超导和低温超导都暂时无法做到真正的广泛普及和民用。

其实，普通的低温超导材料采购价格并不高，制作工艺也相对成熟，但是它们在使用时需要在液氦维持的低温环境下。另外，想要推广低温超导，维护成本也较高。

高温超导也是一样，零下100多℃的条件虽然比低温超导更容易实现，但是高温超导材料的采购成本高于低温超导材料，也需要搭配液氮才可以投入使用，维护成本加上材料成本，也导致其暂时难以被广泛民用。

无论从经济效益，还是社会效应上来看，一旦有在室温下可以应用的超导材料出现，绝对是一件轰动全球的事情。可以推动多个领域大力发展，如能源、医疗、交通和人工智能等领域。

室温超导材料应该是存在的，只是到现在还没有被发现。所以近10年来，在室温超导领域会不断涌现新发现，只是目前还没有被科学证实。

《IT时报》：有人认为1957年美国三大科学家提出的BCS理论（一种描述超导体性质的理论）可能是有误的，否则为何这么久过去，室温超导仍难以实现。这个说法您怎么看？

尹鑫茂：BCS理论本身没有问题。在过去的几十年里，BCS理论多次证实了一些常规超导特性的存在。超导机制也因材料而异，虽然BCS理论不能解释所有的超导材料，但这并不能说明BCS理论是错误的。

02 超导于普通人并非遥不可及

超导确实不是一个显性化的科学概念，这让老百姓很难轻易理解。如果你曾经坐过地表最快的磁悬浮列车，或者躺进过医院里的核磁共振机器，那么可以说，你曾与超导“亲密接触”过了。

《IT时报》：超导话题第一次离我们这么近，那么其在生活中与老百姓遥远吗？

尹鑫茂：超导被最多应用于与电磁相关专业，包括强电和弱电应用。主要依靠其零电阻的特性，对节能有很大的帮助。例如，上海市徐汇区2022年建立的“35千伏公里级超导电缆工程”，我们上海市高温超导重点实验室也参与了该项目，积极配合相关工作单位。

如果将高温超导应用在大型工业园区内，可以实现通电快、低损耗的效果，最直观的感受就是工业用电成本减少，一天节省上几千元电费是可以做到的。如果将其应用到居民家中，其节能效应暂时就没有那么显性化，老百姓的感知不会那么强烈。

医疗行业中的高精密检测仪器也是超导的典型应用，例如核磁共振、检测癌症、基因检测的一些仪器中，都会应用到低温超导。由于仪器里需要的液氦量不大，所以成本在可控范围内，这有助于超导在医疗行业的发展。

除此之外，在科研领域的一些大型设备、仪器中，在磁悬浮列车上，都有超导的相关应用，特别是磁悬浮列车，不少人都比较了解，甚至体验过，其体现了超导的完全抗磁性。

《IT时报》：站在普通人的角度，抛开学术级的专业概念，我们该如何看待超导现象？

尹鑫茂：其实超导已有一百多年的历史了，高温超导也有30多年的历史，虽然没有被广泛普及应用，但并不算完全新鲜的事，这次的室温超导话题能引起这么大关注很出人意料。从中可以看出网络时代，信息传递得飞快，民众也很期待科技新变革的到来。

从普通民众层面上来看，超导还是一个概念，在日常生活中很难直观感受到。对部分民众来说，他们对近期波动的股票等相关投资产品也许更有感触。

03 室温超导能让ChatGPT更“聪明”

即便当下超导概念再火，在尹鑫茂看来，超导的普及之路还颇为漫长，从理论到实际，这个时间至少需要十多年。

《IT时报》：在您看来，超导的应用普及还需要多久？

尹鑫茂：以电磁领域为例，超导应用到其中需要大量液氮，但通电时电缆的铺设是衔接起来的，非常长，而液氮不能裸露在空气中，这就需要密封材料将其包裹。再加上后期的维护和检测等成本，致使超导的普及存在客观挑战。

超导体从发现到应用再到普及，并不是一个短时间可以实现的事情。在我看来，即使室温超导被证实真实存在，其普及至少还需要10～20年的时间。

《IT时报》：室温超导如果被发现，是否可以快速推进普及应用呢？

尹鑫茂：如果室温超导被发现了，以上说到的高温超导和低温超导应用时所需的复杂条件就都不存在了。在室温常压的情况下，就可以直接应用超导，成本将大大降低。

前段时间大火的ChatGPT等人工智能领域 ，如果室温常压超导能够运用进去，现有设备的运算量将会立刻上一个等级。量子计算也是一样，可以实现更高的海量算力。在可控核聚变领域，可以大力推动能源应用，例如发射卫星火箭，可控核聚变可以提供巨大的能量辅助发射，就无需在火箭内堆放过多的燃料，节省空间的同时也能减少环境污染。

所以，室温超导一旦被真正发现，将会推动诸多行业发展，同时也会使人类文明迈进一大步。

排版／ 季嘉颖

图片／ 采访对象 东方IC

来源／《IT时报》公众号vittimes