最近兩周，不管懂不懂物理的人們都會在不同的社交平台和新聞上看到 " 室溫超導 " 四個字，支持和反對該研究結果的兩派人馬同樣也吵得不可開交，今天我們按時間線梳理一下 " 超導 " 和這次 " 室溫超導 " 的來龍去脈。
背景介紹
超導是啥？
1908 年，荷蘭物理學家海克 · 卡末林 · 昂尼斯（Heike Kamerlingh Onnes）經過長期努力，終于完成了液氦的制備，給極低溫度的物理實驗提供了一把利器。 [ 1 ]
超導概念起源
超導體，字面上可理解成 " 超級導體 "（superconductor），指在某一溫度下，電阻爲零的導體。在 1911 年，昂尼斯用液氦把汞冷卻至 4.2 開爾文（K）時發現汞的電阻完全消失了，随後又在極低溫下發現其他金屬也變成超導體，他因此獲得了 1913 年的諾貝爾物理學獎。
邁斯納效應
邁斯納效應，指的是超導體在磁場中會強烈排斥外磁場，出現完全抗磁性，即内部産生與外磁場完全抵消的磁場，導緻體内磁感應強度爲零。
這種抗磁性在許多超導體中可以被外磁場部分破壞，但進入體内的磁通線會被超導電子牢牢鎖住。于是超導體對外磁場既有很強的排斥力，又有很強的吸引力。這種特殊的相互作用力可以克服重力效應，使得超導體既可以浮在磁鐵上方，又能穩定懸挂在磁鐵下方，實現極其穩定的磁懸浮。
注 1：開爾文和攝氏度換算關系：0 K= -273.15 ℃，即 20 ℃ 爲 293.15 K。
注 2：外界磁場強度同樣會影響超導材料是否處于超導态，此處指能讓材料維持零電阻超導态的磁場強度範圍。
綜上，電阻爲零和邁斯納效應成了判定超導體的兩個直接依據。
試想超導體若能實現大規模普及，人們生活将會有翻天覆地的變化。但目前的超導環境對人類生存來說多少有些過于嚴苛了，因此大量的科學家們将大量精力投入到了開發常溫超導材料中。
超導發展史
下圖簡要總結了當前的超導發展史，我們也用文字的形式爲大家解讀這張圖到底： [ 2 ]
圖片來源：羅會仟
在 1911 年至 1932 年期間，人們陸續發現了鉛、錫、铌和其他金屬在低溫下也具有超導态，其中铌的超導臨界溫度最高，達到 9.2K。
在此基礎上制備了一系列合金和金屬氮化物，如铌鍺合金（Nb3Ge），臨界溫度達到了 23.2K。
1980 年前，人們制備的超導體無法在 40K 以上的溫度保持超導性質。
1986 年約翰内斯 · 貝德諾爾茨（Johannes Bednorz）和卡爾 · 米勒（Karl Muller）發現了镧鋇銅氧系材料（La-Ba-Cu-O），臨界溫度可達 35K，揭開了超導材料探索的新篇（圖中中間區域綠字部分），兩位科學家也于 1987 年被授予諾貝爾物理學獎。
注：頒獎間隔僅 10 個月，爲諾獎曆史第二快。
1987 年，我國物理學家趙忠賢和華人物理學家朱經武發現了钇鋇銅氧系材料（Y-Ba-Cu-O），将超導溫度提升至 90K 以上，進入液氮的溫度範圍。
後續科學家又發現了如铋锶鈣銅氧系材料（Bi-Sr-Ca-Cu-O）、铊鋇鈣銅氧系材料（Tl-Ba-Ca-Cu-O）、汞鋇鈣銅氧系材料（Hg-Ba-Ca-Cu-O）等，将超導臨界溫度一點點提升至 130K 附近。其中，汞鋇鈣銅氧系材料（Hg-Ba-Ca-Cu-O）的氣壓和溫度可以達到常壓 134K。
21 世紀後，2001 年日本 Akimitsu 團隊發現了 MgB2 材料，臨界溫度爲 39K，爲二元金屬化合物中最高。由于臨界溫度在液氫範圍内，且原料來源豐富，目前國内外不少公司已将其投入實際生産。
2008 年，日本 Hosono 團隊首次發現鐵基超導材料，開啓了超導領域研究的 " 鐵器時代 "（圖中右下角黃字部分）。
另一種逼近常溫超導的方式是加壓。如利用金剛石對頂砧加壓，确實有論文研究實現了常溫超導，同樣由于環境過于嚴苛目前隻存在理論價值（圖中右上角紅字部分）。
最新突破？
2020 年
著名科學期刊《自然》刊登了蘭加 · 迪亞斯（Ranga Dias）的一篇論文，該論文宣稱一種由碳、氫和硫元素構成的新材料可以實現室溫超導（15 ℃，267GPa，約爲 267 萬個大氣壓），但後續因爲衆多質疑而被撤稿。 [ 3 ]
2023 年 3 月
這位迪亞斯又帶來了更爲重大的成果，同樣又是室溫超導，又是在《自然》上，這一回是氮 - 氫 - 镥材料，這次的條件是臨界溫度 21 ℃ 和 1GPa，後同樣因無法重複而備受質疑。 [ 4 ]
2023 年 7 月 25 日
韓國團隊在預印本網站 arXiv 平台上張貼兩篇論文，聲稱發現常壓室溫超導材料 LK-99，在常壓下其臨界溫度可超過 400K（126.85 ℃），引發了新一輪對常溫超導的狂熱追捧和美好暢想。
不僅超導材料的結果非常誘人，其制備過程也極爲簡單，絕大多數實驗室條件均可制備，這也引發了國内外同行以及相關愛好者的結果複現熱潮并在社交平台上直播或連載自己的實驗進度。 [ 5~6 ]
2023 年 7 月 28 日
論文作者之一的權英完（Young-Wan Kwon）于韓國首爾的國際研讨會上宣布了本次室溫超導研究成果，但現場沒有展示樣品。 [ 7 ]
南京大學聞海虎教授向彭湃科技表示：" 憑我們的經驗看，（目前論文公布的數據）不足以說明它是超導。" 值得一提的是，這位教授之前剛用數據實證反駁了迪亞斯的室溫超導論文。 [ 8 ]
2023 年 7 月 30 日
财聯社報道，超導應用研究專家、上海市超導材料及系統工程研究中心主任洪智勇表示，憑我們的經驗看，（目前論文公布的數據）不足以說明它是超導。 [ 9 ]
2023 年 7 月 31 日
北航研究人員在 arXiv 上提交論文，表示所制備的樣品與韓國團隊一緻，但無法檢測到巨大抗磁性和磁懸浮現象，也不存在零電阻情況。 [ 10 ]
另一篇北航和中科院沈陽材料科學國家實驗室的合作文章從理論分析了該材料實現超導的可能性。同一天，美國勞倫斯伯克利國家實驗室（LBNL）的理論研究論文顯示，對 LK-99 進行密度泛函理論計劃，表明該材料存在一種特殊結構具有實現超導的潛力。 [ 11~12 ]
北航和中科院沈陽材料科學國家實驗室的合作文章
美國勞倫斯伯克利國家實驗室
2023 年 8 月 1 日
bilibili 用戶 " 關山口男子技師 " 上傳了相關視頻。視頻中表示，華中科技大學材料學院博士後武浩和博士生楊麗，在常海欣教授的指導下，成功制備了 LK-99 樣品，并首次成功複現該樣品的抗磁性特征，視頻中樣品懸浮的角度比原作者論文中的樣品更大。但目前隻驗證了邁斯納效應，樣品過小難以完成零電阻測定。 [ 13 ]
知乎用戶 " 半導體與物理 " 更新了進展并上傳了視頻，同樣表示具有論文中顯示的抗磁性。 [ 14 ]
俄羅斯科學家艾裏斯 · 亞曆珊德拉（Iris Alexandra）成功制備出了具備常溫抗磁性的 LK-99 晶體，而常溫抗磁性正是超導晶體的标志之一，其結果在推特上發布。 [ 15 ]
随着複現結果的出現，國内外超導相關概念股暴漲。上海《第一财經》報道，美股超導概念股 8 月 1 日盤前暴漲，盤前一度上漲近 150％，之後漲幅有所回落。中國股市的超導概念股同日也突然爆發，法爾勝直線拉升，迅速封上漲停。衆多概念股紛紛跟漲，國纜檢測 20% 漲停，精達股份、中孚實業、創新新材、百利電氣等多隻個股漲停。 [ 16 ]
2023 年 8 月 3 日
bilibili 用戶 " 科學調查局 "，東南大學物理學院教授孫悅上傳了視頻，在成功制備樣品後，在溫度爲 110K 以下時觀察到了 " 零電阻 " 現象，雖然滿足了超導要求但溫度相差甚遠，本人也聲明該測量存在儀器精度的影響。 [ 17 ]
曲阜師範大學教授劉曉兵表示，測試結果發現 LK-99 在常溫到 50K 範圍内仍存在大的電阻值，測試過程中并沒有出現電阻大幅度驟降或者零電阻，與 " 室溫超導 " 所被期待的零電阻特性相差甚遠。 [ 18 ]
韓聯社報道，韓國低溫超導學會組成的專家驗證委員會稱，LK-99 不是常溫超導體。 [ 19 ]
财經信息方面，當天超導概念早盤大幅低開，中孚實業、精達股份、創新新材、金徽股份競價跌停。截至 8 月 3 日收盤，曾在前一天漲停的中孚實業、法爾勝、百利電氣三隻個股中，中孚實業、法爾勝均收獲跌停，百利電氣則微漲 0.42%，不少公司公開稱自身業務與超導材料無關。而在美國，前一日暴漲 60% 的美股美國超導則下跌近 30%。 [ 18 ]
2023 年 8 月 4 日
美國威廉瑪麗大學教授金铉卓（HuynTak Kim，原論文作者之一）向《紐約時報》記者提供了第二段展示 LK-99 懸浮性的視頻。懸浮形态與之前論文中類似，但同樣未提及其他數據測定。 [ 20 ]
時代周報的一篇文章稱：" 在論文預印本網站 arXiv 上搜索 7 月 22 日之後發布與 LK-99 相關論文的作者和團隊，有記者緻電了包括上述 3 個團隊在内的國内 9 個參與理論推演和實驗驗證的團隊，均未得到電話和郵件回複，或被婉拒了采訪請求。 [ 22 ]
2023 年 8 月 5 日
抖音博主 " 煉丹師阿翔 " 發布一段視頻，不僅表示可以複現 LK-99 的抗磁性，甚至可以做到完全懸浮，但視頻中提及加入了一些其他化合物，目前該結果真僞和作者真實身份尚不明确。 [ 23 ]
相關推測
觀點一：該材料存在優異的抗磁性，或者是弱的鐵磁性，但跟實現室溫超導都沒有關系。
觀點二：該材料确實具有室溫超導特性，但目标産物在最終産物中占比非常低，且分布不均勻，導緻其無法完全懸浮并測定出零電阻現象。
觀點三：該材料也許不是人們心中完美的室溫超導材料，但如同超導材料曆史中的敲門人一樣，爲後續研究提供了良好的參考價值。
參考資料
[ 1 ] 大學物理學，張三慧編著，清華大學出版社
[ 2 ] https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2589004221005095#bib68
[ 3 ] https://www.nature.com/articles/s41586-022-05294-9
[ 4 ] https://www.nature.com/articles/s41586-023-05742-0
[ 5 ] https://arxiv.org/abs/2307.12008
[ 6 ] https://arxiv.org/abs/2307.12037
[ 7 ] https://www.163.com/dy/article/IAR4K1C805564EJ6.html
[ 8 ] https://finance.sina.com.cn/tech/discovery/2023-07-28/doc-imzefyzs1981336.shtml
[ 9 ] https://www.guancha.cn/industry-science/2023_07_30_703164.shtml?s=syyldbkx
[ 10 ] https://arxiv.org/abs/2307.16802
[ 11 ] https://arxiv.org/abs/2307.16040
[ 12 ] https://arxiv.org/abs/2307.16892
[ 13 ] https://www.bilibili.com/video/BV14p4y1V7kS/?spm_id_from=333.999.0.0&vd_source=2b536fa5a7066a9f147d70df3f691711
[ 14 ] https://www.zhihu.com/question/613850973/answer/3136586869
[ 15 ] https://new.qq.com/rain/a/20230802A01ZDI00
[ 16 ] https://finance.sina.com.cn/wm/2023-08-01/doc-imzetftq8026678.shtml
[ 17 ] https://www.bilibili.com/video/BV1pM4y1p7u5/?spm_id_from=333.999.0.0&vd_source=2b536fa5a7066a9f147d70df3f691711
[ 18 ] " 室溫超導 " 概念股 " 退燒 " 科學界複現實驗 " 遇阻 "| 韓國 | 法爾勝 | 超導體 | 超導材料 _ 網易訂閱 ( 163.com )
[ 19 ] https://finance.sina.com.cn/jjxw/2023-08-03/doc-imzexprx6681023.shtml
[ 20 ] https://new.qq.com/rain/a/20230804A04DBI00
[ 21 ] 視頻丨中國科學院牟剛：LK-99 未得到充分證明 室溫常壓超導仍處于概念階段 - 21 财經 ( 21jingji.com )
[ 22 ] https://36kr.com/p/2373529649801733
[ 23 ] https://www.douyin.com/video/7263715495256378659
策劃制作
作者丨 Heartson 材料工程師浙江大學材料學博士
審核丨羅會仟 中國科學院物理研究所 研究員
策劃丨徐來
責編丨崔瀛昊
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