关于全球都在求证的室温超导材料,这里或许有你想要的问题的答案

今年以来,室温超导——一个对大众来说颇为陌生的概念,却频频出现在大众视野。尽管相关技术常常引发质疑,但每一次披露都能引来大量关注。


近日,韩国一研究团队在论文预印本网站arXiv上传了其最新研究成果,声称已合成了首个室温常压下可以使用的超导材料,他们将之命名为“LK-99”。该材料在常压下的超导转变临界温度为127℃,意味着可以在常压室温环境下表现出超导性。


尴尬的是,今天有媒体报道称,该研究团队的成员表示,论文存在缺陷,系团队中的一名成员擅自发布,目前团队已要求下架论文。


就在韩国团队的研究成果真伪莫辨时,没想到,美国有家研究公司曝出“大招”,不仅也宣称发现了室温超导体,还称已经获得了相关专利。消息传出后,美国超导美股盘前延续涨势,涨幅一度扩大至130%。


一波三折:一周“复现潮”过去,到底有没有超导性?


这波“室温超导”的热潮起于韩国。简单回顾一下事件发展轨迹。


7月22日上午,韩国量子能源研究中心公司相关研究团队在arXiv上陆续公布两篇论文,宣告了LK-99的诞生并公开了其制作技术。随后各国实验室试图合成复现LK-99,以验证其发现。


7月31日,北航研究人员在arXiv上提交论文,称实验结果未发现LK-99的超导性。他们得到的LK-99样品,其X射线衍射图谱和韩国团队一致,但无法检测到巨大抗磁性,也未观察到磁悬浮现象。


7月31日,俄罗斯科学家Iris Alexandra,宣布成功制备出了具备常温抗磁性的LK-99晶体,其结果在twitter上发布。而且这个LK-99晶体的抗磁性,比目前常用的抗磁物质热解石墨强很多。


几乎同时,美国劳伦斯伯克利国家实验室(LBNL)研究员西尼德·格里芬也在arXiv上提交相关论文。格里芬认为,计算结果显示,LK-99可能存在超导性能,具备高温超导体费米能级平坦带特征。


8月1日,来自华中科技大学的研究团队以B站UP主“关山口男子技师”的身份发布视频:成功首次验证合成了可以磁悬浮的LK-99晶体。视频中,展示样品在磁场中出现自发抬升现象,该晶体悬浮的角度比韩国科学家Sukbae Lee获得的样品磁悬浮角度更大,有望实现真正意义的无接触超导磁悬浮。


综合来看,根据首批实验复现结果,LK-99的发现在理论上似乎有一定依据,但其真实性依然存疑。


因为超导材料需要具备三个特性:零电阻、完全抗磁性、量子隧穿效应。真正的超导指的是导体在某一条件下,电阻为零的状态。虽然在部分实验中,其抗磁性已经得到了验证,但在多位业内专家看来,定义LK-99是否为室温超导,关键的还是看后续实验是否具有零电阻特性,“这将是唯一的里程碑。”


当真相依然云遮雾绕之时,大洋彼岸出现了新的转折。


就在昨天,位于美国佛罗里达州的Taj Quantum公司公布照片称,新发现一种室温超导材料。这是一种易碎的石墨烯泡沫材料。公司已经获得了“室温II型超导体专利”,这可能意味着该材料将进入生产阶段。不过该材料还没有经过同行评审或第三方实验室评估,也没有提供性能数据,该公司表示正在努力解决这些问题。


众所周知,“超导体”能够在特定温度下保证电阻为零,被广泛应用于储能、磁悬浮列车、电力输送、核磁共振等领域。


室温超导之所以能引动如此大的震荡,究其根本,便是室温超导一旦实现,将深刻变革目前的能源体系、信息处理与传输体系,并在能源、交通、计算、医疗检测乃至可控核聚变等诸多领域带来进步。


关于室温超导,这几个问题你可以看看


什么是超导材料?


超导材料,是指具有在一定条件下呈现出电阻等于零以及排斥磁力线的性质的材料。换句话说,超导材料有两个关键指标,一个是抗磁性,一个是零电阻。


室温超导有何意义?


超导材料的这两个性质,只有在一定条件下材料才能表现出来,而这个条件也格外苛刻,绝对的低温(100K以下),这种温度极大的限制了它的实际应用,所以,超导领域一直在做的事就是如何实现室温下的超导性能。


那为何室温超导具有如此重大的意义,其原因在于,我们这个世界,做任何事情,都是有能量损耗(即热损耗)。初中物理我们就学过,电阻在有电流通过时,会产热(P=I^2R),任何用电的地方,就会有电阻发热,而如果有一种材料,在室温下其电阻为零,那整个世界都将发生天翻地覆的变化,任何你能看到有电流通过的材料,都将被更换。世界将进入下一个纪元。


韩国人提出的制备方法,为啥都说离谱?


研究室温超导材料是凝聚态物理中的一个分支,它们采用的方法通常是超高压合成,这个压强有多大呢,在2018年,有研究团队在接近200万个大气压下实现了室温超导,今年,有团队将其降到了1万个大气压,直接被指出涉嫌造假,连一万个大气压都无法实现,可想而知这合成条件是有多离谱。但韩国人提出的这个方法,却是需要两种再简单不过的材料在管式炉中烧一烧就可以实现(堪比炼丹)。这个就好比,我在路边随便拔了几株野草,墙壁上摸了几搓灰,烧成丸子,发现对所有癌症均有治疗效果。大家苦苦追寻的真谛,竟是如此的大道至简。


真的实现了将为人类带来怎样的影响?


1、或引燃第四次工业革命,iPhone也能变量子计算机


浙商证券研报分析,室温常压超导材料取得突破后,可能实现的应用包括:


更高效的能源传输、转换与存储:超导材料利用零电阻的特性,可以无损耗地传输电力,使得能源传输效率、稳定性和可靠性极大提升。


更高速的交通方式:超导材料带来电能传输效率的提升和磁悬浮列车降低成本的可能,将直接影响高速交通方式变革。


更快的信息处理速度:超导材料在低温环境下具有高度的量子特性,可用于构建量子计算机,运算速度远超现有计算机。


更先进的治疗手段:超导材料在医学领域具有广泛的应用,例如MRI、超导线圈等。常温常压下超导材料的出现,将为医疗设备的小型化和便携化提供可能,推动医疗技术的发展进步。


有“地表最强苹果分析师”称号的天风国际分析师郭明錤也在推特上发文,表示常温常压超导体的商业化目前还没有具体时间,但未来如果能顺利商业化,将对计算机与消费电子领域的产品设计产生颠覆性影响。


郭明錤表示,计算机与消费电子的技术与材料创新,都是为了要实现高速运算、高频高速传输、小型化等要求,超导状况(电阻消失)特性将会颠覆既有的产品设计以及材料与技术的采用。如:不再需要散热系统、光纤/高阶CCL被取代、先进制程门槛降低等。届时,即便是小如iPhone的移动设备,都能拥有与量子计算机匹敌的运算能力。


广大网友也脑洞大开,畅想了室温超导的视线对于普通人的影响。首先是曾被视为“四大天坑”之一的材料学将瞬间起飞,其次,电子类和能源类专业也会因此受益。还有在如今陷入停滞期的XR领域,室温超导材料也将发挥巨大作用。


“XR硬件由于要保证非常轻薄的体积,头戴舒适度,所以电池容量以及PCB主板都要求非常苛刻。而室温超导的应用将明显改善硬件设计电池容量小,带来的续航短功耗高等问题,且能选择更优的CPU,以帮助改善一体式XR硬件的性能,提升续航体验。”


2、材料学直接从天坑专业变成天堂专业?


这两天看到很多人说,如果这个是真的,材料学直接从天坑专业变成天堂专业,甚至相关的土木机械,也直接起飞。我个人认为,这只是材料学研究周期中的一个比较大的波峰罢了,就像20年前的石墨烯,10年前的钙钛矿,只不过超导的提出,又会让这一领域的研究热起来罢了,对于普遍的材料人来说,本科还是学那点东西,研究生依旧难考,研究生的工资也不会涨,大多数人毕业了短期内也都不会从事和超导有关的工作。再者,锂电池从发现到应用,都走了70多年的路,超导的发现到应用,同样是任重而道远,我们有幸能够见证历史,参与历史,足矣。


3、改变世界,结束战争?


世界目前的战乱将会立马停止,经济也将全面复苏,整个世界都将重新建设。而且在我们这代人的有生之年,不仅可以看到可控核聚变,我们的孙子辈甚至能看到火星殖民。除此之外,一直处在理论状态的量子计算机,将在这项技术下诞生。因为室温超导材料不仅可以用来制作超导磁体、超导电缆、超导磁悬浮列车,还能用来制造高性能的计算芯片,计算机的算力将会得到大幅度的提升,人工智能技术也将有大幅度的飞跃。


总之,可以说是拯救了世界。因为世界已到了一个财富增量不够分配的瓶颈期,没有了新的经济增长引擎,互联网红利也已经吃尽了,虚拟现实也没有搞起来。那咋办?地球上的人只能内卷。美西方资本集团想继续以“规则”收割其他国家。而偏偏其他国家中最肥的又是不肯被割的中国,凭什么我创造的要给你?美元霸权收割已效率很低,下一步就得靠战争来解决“新规则”了,核大国之间的战争,后果不堪设想。常温超导的发现,很有可能启动第四次工业革命,各巨头都能分一杯羹,可以暂时搁置一下分配矛盾了...世界可以喘口气了。




作者:贤集网—材料之友


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