室溫超導

室溫超導（英文：room-temperature superconductivity）是超導現(xiàn)象是指某些材料在溫度降低到某一臨界溫度（Tc）以下時，電阻突然消失（零電阻效應），同時外磁場磁力線全部排出體外（完全抗磁性）的一種電磁現(xiàn)象，這讓超導體在傳輸電能的過程中幾乎沒有能量耗損，且每平方厘米超導材料上還能承載更強的電流。而一般常規(guī)的材料，在導電過程中都會損耗大量的能量。而室溫超導就是某種材料在室溫條件下（約25℃）能形成的超導現(xiàn)象。人類如果在通常的物理條件下實現(xiàn)室溫超導，有望通過產熱最小化提升電導體和裝置的效率 ，并讓超導材料在生產生活中得到大規(guī)模應用。 

2022年11月27日，室溫超導入選為2022年度“十大基礎研究關鍵詞”。2023年3月7日，美國物理學會（APS）網站最新顯示，美國羅切斯特大學物理學家藍戈·迪亞茲（Ranga Dias）在拉斯維加斯舉辦了題為“靜態(tài)超導實驗”的報告會議；7月，有韓國科學家聲稱發(fā)現(xiàn)世界首個室溫常壓超導體——改性鉛磷灰石晶體結構。7月31日17時58分，美國國家實驗室的研究人員提交了一篇arXiv論文，研究結果表明，可以確認LK-99具備高溫超導體費米能級平坦帶特征。同日16時13分，北航的研究人員在arXiv上提交了論文，稱實驗結果未發(fā)現(xiàn)LK-99的超導性。

距離首次發(fā)現(xiàn)超導現(xiàn)象足足有100多年了。早在1911年，荷蘭物理學家卡末林·昂內斯（Heike Kamerlingh Onnes）就已經發(fā)現(xiàn)，當溫度降低至4.2K（約-268.95℃）時，浸泡在液氨里的金屬汞的電阻會消失。

第一個真正能初步成功描述超導現(xiàn)象的理論被稱為BCS理論。該理論由美國科學家約翰·巴丁（John Bardeen）、里昂·庫珀（Leon Cooper）和約翰·施里佛（John Schrieffer）基于“波粒二象性”建立。他們認為，金屬外層自由電子在有電壓時，會流經晶格點陣形成電流，但通常情況下，這種晶格點陣有缺陷，會因熱振動使電流產生阻礙。而在超導體中，電子會被束縛形成“庫珀對”（Cooper pair），從而產生集體凝聚的波，這種波不同于自由電子，可以無阻礙地穿越晶格點陣。

“庫珀對”會隨著溫度的升高而逐漸消失。尼爾·阿什克羅夫特（Neil Aschcroft）在1968年找到了讓“庫珀對”在溫度很高的情況下也能穩(wěn)定存在的方法——氫原子。氫原子體積很小，能使得電子在晶格點陣中距離得更近，而輕質量的氫原子也能使凝聚波傳播更快，使“庫珀對”更緊密。但是只單純用氫，需要1000萬個大氣壓才能實現(xiàn)超導體目標，如果添加另一種元素，讓氫嵌入其中，就能使條件變得不這么苛刻。這也促成了之后人們對氫化合物的大量測試，包括CaH6、H2S、H3S已經被相繼發(fā)現(xiàn)能在高溫條件（＞40K）下實現(xiàn)超導性。

1987 年2 月，美國休斯頓大學的朱經武、吳茂昆研究組和中國科學院物理研究所" data-nodeid="lklvb04hqxj">中國科學院物理研究所的趙忠賢研究團隊分別獨立發(fā)現(xiàn)在YBa2Cu3O6+體系存在90 K 以上的Tc，超導研究首次成功突破了液氮溫區(qū)(液氮的沸點為77 K)，使得超導的大規(guī)模研究和應用成為可能。

2019年，室溫超導更進一步。當時美國科學家馬杜里·索馬亞祖魯（Maddury Somayazulu）的研究組宣布，十氫化鑭（LaH10）在190萬個大氣壓下，可以在逼近室溫的260K以上出現(xiàn)超導性，這是曾經超導臨界溫度的最高紀錄。

在物理學上，根據物質的導電性能，可以將其分為導體、半導體和絕緣體。在導體中，存在大量可以自由移動的帶電粒子，他們可以在外電場的作用下自由移動，形成電流。在絕緣體中，電子則被束縛在原子周圍，不能自由移動。半導體則介于二者之間。但即便是導體，電子在運動的過程中也會受到原子的散射，產生電阻。而當溫度降低到一定程度時，一些物質會進入一種特殊的狀態(tài)——超導態(tài)。此時電阻消失了，電子在其中無阻礙地運動。這個溫度稱為超導轉變溫度。

在常壓情況下，只有在材料的臨界溫度之下時，材料才會進入超導狀態(tài)。但現(xiàn)如今人類所發(fā)掘的材料的超導臨界溫度都非常低，基本位于零下二百多攝氏度。這種溫度在日常生活中非常難以達到，故此限制了超導材料的應用領域范圍。

2023年7月22日，韓國量子能源研究中心（Q-centre ）、高麗大學等團隊的研究人員提交論文，宣布成功合成了世界上第一個室溫常壓超導體，即在常壓條件下，一種改性的鉛-磷灰石(命名為LK-99)能夠在127℃(Tc≥400k)以下表現(xiàn)為超導體。

但讓本次研究產生爭議的是，本次研究實際上關聯(lián)到兩篇論文。從時間線上來看，第一篇提交于7月22日7時51分，第二篇則于7月22日10時11分提交，兩篇提交時間相差不足2.5小時的論文均發(fā)表在預印本系統(tǒng)arXiv，尚未經同行評議。兩篇文章作者人數不同，但有兩位重合。就論文本身內容來看，第二篇更為詳盡。其中上述第二篇論文的作者之一、美國威廉與瑪麗學院的物理學教授Hyun-Tak Kim在接受采訪時則直接表示，第一篇論文里存在“許多缺陷”，并且未經他的允許就被上傳了。

7月31日凌晨，Hyun-Tak Kim稱其團隊制造的LK-99室溫超導材料或許可以在一個月之內被復制，團隊成員也會對任何制作LK-99遇到困難的人進行指導，其選擇公開LK-99的制作技術，是為了避免研究人員質疑他們的研究成果。

8月2日，研究團隊成員表示論文存在缺陷，系團隊中的一名成員擅自發(fā)布，團隊已要求下架論文。韓國超導學會于同日宣布成立“LK-99 驗證委員會”，表示在國內外爭議較大的情況下，該委員會將負責驗證成果的真實性。上海大學研究團隊也對制備出來的LK-99晶體進行了磁化率測定實驗，實驗結果表明LK-99晶體未出現(xiàn)抗磁性。

8月3日，韓國超導低溫學會LK-99驗證委員會表示，“LK-99”不足以證明是常溫超導體，因為在與LK-99相關的視頻和論文中，并沒有出現(xiàn)邁斯納效應，即特定物質消除電阻，其內部磁場會被排出。該委員會進一步解釋道，LK-99漂浮在磁鐵上的視頻遠未達到固定磁通量的效果，論文中的數據也與一般的超導圖不同。

8月4日，韓國團隊第二篇論文三作放出了第二個LK-99半懸浮視頻。華中科技大學" data-nodeid="lkwet6vm1tt1">華科大團隊也在arXiv上發(fā)表論文，作者成功合成LK-99，在室溫大氣壓下觀察到了樣品之一的邁斯納磁懸浮現(xiàn)象，并排除了鐵磁性影響，這表明了LK-99存在潛在的超導機理。同日，韓國室溫超導論文作者之一的金賢德（Hyun-Tak Kim）放出一段新視頻，展示了懸浮的LK-99樣本。可以看到，視頻中的LK-99樣本呈半均勻的矩形棱柱，與之前論文的這塊有明顯不同。而且更重要的是，樣本在室溫25.8°C成功懸浮了。

超導電纜、超導限流器、超導儲能裝置和超導電機等。高溫超導電纜是采用無阻的、能傳輸高電流密度的超導材料作為導電體并能傳輸大電流的一種電力設施，具有截流能力大、損耗低、體積小和重量輕等優(yōu)點，是解決大容量、低損耗輸電的一個重要途徑。它由電纜芯、低溫容器、終端和冷卻系統(tǒng)四個部分組成。其中電纜芯是高溫超導電纜的核心部分，包括通電導體、電絕緣和屏幕導體等主要部件。

生物醫(yī)學應用

超導技術在生物醫(yī)學中的應用包括超導核磁共振成像裝置（MRI）和核磁共振譜儀（NMR）。核磁共振成像的原理是基于被測對象的原子磁場與外磁場的共振現(xiàn)象來分析被測對象的內部狀態(tài)。目前，核磁共振成像裝置已廣泛用于醫(yī)學診斷中，例如用于早期腫瘤和心血管疾病等的診斷，它能準確檢查發(fā)病部位，無損傷和輻射作用，并且診斷面非常廣。

交通應用

超導線圈可以承載很大的電流，形成強大的超導磁體。列車和軌道上分別裝備有超導磁體。當存在外磁場時，由于完全抗磁性，超導體內部會產生一個相反的磁場，使超導體內部的總磁感應強度為零。由此產生的斥力可以使沉重的列車懸浮在空中。通過改變軌道上磁場的取向，可以使列車保持向前運動。

電子學應用

超導量子干涉器（SQUID）、超導混頻器、超導數字電路、超導粒子探測器等。其中SQUID磁強計能夠測量非常微弱的磁場，其分辨率能夠達到10-11高斯左右，可以用來測量人體的微弱磁場，描繪出心磁力和腦磁圖。超導粒子探測器具有很高的靈敏度和納秒級的速度，可以用來檢測從亞毫米波段到遠紅外波段的電磁信號。