常溫超導(dǎo)要有耐心

駱曉昀　趙雯雅

室溫超導(dǎo)

2023年7月22日，“名不見經(jīng)傳”的兩名韓國(guó)科學(xué)家給世界扔下了一顆“科技核彈”——他們宣稱自己發(fā)現(xiàn)了常壓室溫超導(dǎo)體LK-99晶體，正常大氣壓下可在127攝氏度以下（即室溫條件下）實(shí)現(xiàn)超導(dǎo)，這意味著超導(dǎo)技術(shù)將不再需要昂貴笨重的超低溫制冷設(shè)備。

1987年3月，復(fù)旦大學(xué)時(shí)任校長(zhǎng)、固體物理學(xué)家謝希德教授赴美參加美國(guó)物理學(xué)會(huì)的春季討論會(huì)。當(dāng)次會(huì)議最引人注目的研究結(jié)果是超導(dǎo)技術(shù)研究獲得突破性進(jìn)展。

同年4月5日，謝希德接受《上?？萍紙?bào)》采訪表示：超導(dǎo)研究的突破性進(jìn)展之所以具有劃時(shí)代意義，是因?yàn)樗鼘⑹拐麄€(gè)人類的生活發(fā)生急劇變化，它能帶來一場(chǎng)能源、電子、電工、交通等有關(guān)工業(yè)和其他許多科學(xué)領(lǐng)域的革命。

36年后，人類似乎又一次站到了超導(dǎo)技術(shù)突破性進(jìn)展的門口。

國(guó)際市場(chǎng)研究機(jī)構(gòu)IMARC 在2022 年發(fā)布的一份報(bào)告中指出，2021 年全球超導(dǎo)材料市場(chǎng)規(guī)模已達(dá)9 億美元，預(yù)計(jì)2027 年將接近23 億美元。

捕捉“材料幽靈”

36年前的那場(chǎng)學(xué)術(shù)會(huì)議上，有科學(xué)家表示，超導(dǎo)技術(shù)突破性發(fā)展和燈泡、晶體管的發(fā)明一樣重要，同時(shí)其所影響的范圍將更加廣泛。

“用于電力輸送，特別是長(zhǎng)距離輸送上，可以大大節(jié)省能源；用于醫(yī)學(xué)上的核磁共振成像系統(tǒng)，有助于心血管疾病的診斷，用于電子計(jì)算機(jī)，可以大幅度地縮小體積、降低成本，提高運(yùn)算速度，利用超導(dǎo)體的抗磁性，可制造出速度極高的磁懸浮列車?！敝x希德當(dāng)年舉例描述的應(yīng)用，大多數(shù)已擁有成熟技術(shù)。

這也是LK-99如此激動(dòng)人心的原因。事實(shí)上，捕捉這個(gè)“材料幽靈”的過程困難且曲折。

1994年，韓國(guó)高麗大學(xué)化學(xué)系創(chuàng)始人崔東植（Tong-Shik Choi）提出了一種離經(jīng)叛道的ISB理論（Inter Atomic Superconducting Band，原子間超導(dǎo)帶理論，另說該理論的最早提出者為蘇聯(lián)科學(xué)家）。該理論認(rèn)為：通過一種無機(jī)一維高分子鏈，可以實(shí)現(xiàn)超導(dǎo)。此后，全世界只有他的研究生李碩培（Sukbae Lee）默默寫過一篇相關(guān)的碩士論文——《基于ISB理論的超導(dǎo)性解釋》（Explanation of Superconductivity by the ISB Theory）。

1996年，崔東植相中了他的學(xué)生金智勛（Jihoon Kim），說服他來自己的超導(dǎo)團(tuán)隊(duì)進(jìn)行化學(xué)合成，順便讀個(gè)博士學(xué)位。

三年過去，一無所獲。在即將放棄的1999年，金智勛在一個(gè)鉛磷灰石的樣品中發(fā)現(xiàn)異樣——實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)圖表上一個(gè)微弱的波動(dòng)，看似由超導(dǎo)引發(fā)。可惜這個(gè)類似超導(dǎo)的數(shù)據(jù)像幽靈一般，太模糊、太微妙。

此后，灰心的李碩培和金智勛都喪失了科研激情，他們成為有科學(xué)技能的“社畜”。李碩培博士畢業(yè)后在一所私立高校擔(dān)任計(jì)算機(jī)老師；金智勛在電池公司打工。

2017年，崔東植忽然病重，彌留之際召喚兩名愛徒叮囑：“拜托了，繼續(xù)研究下去。但是在完美實(shí)現(xiàn)之前，不要讓世界看到它?！?h3>LK-99“早產(chǎn)”

李碩培決意繼承導(dǎo)師遺志。重建實(shí)驗(yàn)室，設(shè)備是第一道門檻，信譽(yù)完好的知名教授才能獲得科研經(jīng)費(fèi)。由此，高麗大學(xué)教授權(quán)英完（Young-Wan Kwon）加入研究團(tuán)隊(duì)。

2018 年初，金智勛很快便重現(xiàn)了1999年發(fā)現(xiàn)的痕量超導(dǎo)現(xiàn)象。然而，信號(hào)依然太弱，數(shù)據(jù)時(shí)好時(shí)壞，距離真相時(shí)遠(yuǎn)時(shí)近。2020年，實(shí)驗(yàn)室因新冠疫情而封鎖的一個(gè)早晨，金智勛在圖表上看到了一個(gè)巨大的峰，這是“材料幽靈”的影子第一次被確切記錄！3個(gè)月后，經(jīng)過1000多次實(shí)驗(yàn)，這個(gè)困擾團(tuán)隊(duì) 20 年的幽靈終被封印在結(jié)晶里。

同年，韓國(guó)人向《自然》雜志投遞了關(guān)于超導(dǎo)材料的論文，但趕上了美國(guó)羅切斯特大學(xué)助理教授、南亞裔物理學(xué)家蘭加·迪亞斯（RangaDias）被學(xué)界證偽的風(fēng)波。由此，LK-99的第一篇論文被拒收。

韓國(guó)團(tuán)隊(duì)討論后認(rèn)為，論文必須要有更權(quán)威的教授參與才能發(fā)表。此時(shí)，美國(guó)威廉與瑪麗學(xué)院教授金鉉卓（Hyun-Tak Kim）發(fā)表了一篇超導(dǎo)論文，于是又一名主流韓裔科學(xué)家與LK-99有了緣分。

眾所周知，諾貝爾獎(jiǎng)最多只能有三個(gè)人分享，而李碩培和金智勛必然占據(jù)兩個(gè)名額，金鉉卓加入后權(quán)英完被邊緣化。2023年3月，LK-99專利申請(qǐng)通過；在一次激烈沖突后，權(quán)英完被團(tuán)隊(duì)解雇。

復(fù)旦大學(xué)先進(jìn)材料實(shí)驗(yàn)室教授李世燕告訴《瞭望東方周刊》：“2023年6月，我在韓國(guó)開會(huì)時(shí)未聽說LK-99的相關(guān)信息，實(shí)際上，4月30日相關(guān)韓文論文已經(jīng)發(fā)表于一本影響力較小的雜志。后經(jīng)詢問，浦項(xiàng)科技大學(xué)一名青年主流超導(dǎo)專家表示‘他們的實(shí)驗(yàn)很簡(jiǎn)陋，研究室也位于狹小的地下室，李碩培和金智勛甚至從未進(jìn)入過韓國(guó)主流超導(dǎo)領(lǐng)域?！?/p>

2023年7月22日早上7時(shí)，權(quán)英完最后一搏，在ArXiv（指沒有審查機(jī)制的一個(gè)電子預(yù)印平臺(tái)，作者可在接受期刊審查前，在此提早宣告研究成果）平臺(tái)上搶先發(fā)布了第一篇論文；而金鉉卓在兩個(gè)半小時(shí)后發(fā)表了一篇數(shù)據(jù)更為詳實(shí)，卻沒有權(quán)英完署名的論文。

LK-99并未臻于完美，卻已吸引全世界的目光。

5月29日，合肥科學(xué)島全超導(dǎo)托卡馬克核聚變實(shí)驗(yàn)裝置（EAST）（杜瀟逸/ 攝）

眾多實(shí)驗(yàn)室加入

作為主流超導(dǎo)專家，李世燕注重細(xì)節(jié)，“LK-99發(fā)表論文中數(shù)據(jù)的測(cè)量方式、呈現(xiàn)方式、表述方式甚至論文寫作都相對(duì)業(yè)余”。他不相信LK-99具有室溫超導(dǎo)材料屬性，韓國(guó)低溫超導(dǎo)界也不信，全世界都不信這個(gè)“草臺(tái)班子”摸到了第四次工業(yè)革命的門口。

2023年7月30日，上海市超導(dǎo)材料及系統(tǒng)工程研究中心主任、超導(dǎo)應(yīng)用研究專家洪智勇在東吳電子舉辦的內(nèi)部電話會(huì)上表示：韓國(guó)研究團(tuán)隊(duì)公布的超導(dǎo)體極大概率不是室溫超導(dǎo)。

在洪智勇看來，此次韓國(guó)團(tuán)隊(duì)報(bào)道材料的合成方法非常明確且簡(jiǎn)單。這種“明確和簡(jiǎn)單”，讓“幽靈材料”復(fù)現(xiàn)門檻很低，全世界眾多專業(yè)超導(dǎo)實(shí)驗(yàn)室紛紛加入。氧化鉛、硫酸鉛、坩堝以及偶入的氧氣組合，被民眾戲謔為“煉金術(shù)”。

2023年8月1日，中美實(shí)驗(yàn)室同日復(fù)現(xiàn)出LK-99超導(dǎo)晶體，世界為之振奮。

在物理和化學(xué)領(lǐng)域排名世界第一的美國(guó)勞倫斯伯克利國(guó)家實(shí)驗(yàn)室宣布，在超級(jí)計(jì)算機(jī)模擬下，晶格參數(shù)和韓國(guó)團(tuán)隊(duì)公布的實(shí)驗(yàn)結(jié)果僅相差1%，理論上證明這種用坩堝燒制常溫超導(dǎo)體的辦法存在可行性。

華中科技大學(xué)材料學(xué)院博士后武浩、博士生楊麗，在常海欣教授的指導(dǎo)下，成功首次驗(yàn)證合成了可以磁懸浮的LK-99晶體，該晶體懸浮的角度比韓國(guó)團(tuán)隊(duì)描述的樣品磁懸浮角度更大。

華南理工大學(xué)物理與光電學(xué)院教授洗芝溪告訴《瞭望東方周刊》：“華中科技大學(xué)團(tuán)隊(duì)通過視頻方式呈現(xiàn)了樣品在磁場(chǎng)下的半懸浮狀態(tài)，以及東南大學(xué)團(tuán)隊(duì)測(cè)量獲得了零電阻信號(hào)，讓我覺得摸到了室溫超導(dǎo)的大門?！?/p>

8月2日，一直表示懷疑的李世燕也激動(dòng)了?！拔蚁挛缇椭罇|南大學(xué)團(tuán)隊(duì)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，但必須保密，也是一夜未眠?！?/p>

8月3日凌晨1點(diǎn)多，東南大學(xué)物理學(xué)教授孫悅在B站發(fā)出實(shí)驗(yàn)視頻，該實(shí)驗(yàn)首次在常壓、110K（K為開爾文溫度，0K為零下273.15℃）下，成功觀測(cè)到LK-99材料0電阻現(xiàn)象。孫悅強(qiáng)調(diào)：我們測(cè)量到0電阻，但沒有抗磁性，所以我們并沒有說是觀察到超導(dǎo)。

洗芝溪說：“東南大學(xué)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果非常震撼，甚至比華科大的結(jié)果還要震撼?！崩钍姥嗾f：“中國(guó)超導(dǎo)研究很強(qiáng)，在110K下測(cè)到0電阻，如果具備超導(dǎo)的另一個(gè)抗磁性特征，就真的不得了?！?blockquote>

封東來在回復(fù)《瞭望東方周刊》的采訪郵件中寫下，“Just be patient”（耐心一點(diǎn)）。

科學(xué)運(yùn)氣琢磨不定

運(yùn)氣，可能是科學(xué)研究中最被渴求的光。

中國(guó)科學(xué)院院士封東來在《我愛物理的十個(gè)理由》中寫道：中國(guó)臺(tái)灣吳茂昆教授和他的韓國(guó)學(xué)生在實(shí)驗(yàn)室中，于液氮里看到了生長(zhǎng)出來的超導(dǎo)材料。當(dāng)時(shí)液氮價(jià)格不到此前使用液氦價(jià)格的百分之一，他們的發(fā)現(xiàn)在人類歷史上真正讓超導(dǎo)可以便宜應(yīng)用。

1987 年，美國(guó)華裔科學(xué)家朱經(jīng)武與吳茂昆，以及中國(guó)科學(xué)家趙忠賢相繼在釔-鋇-銅-氧系材料上把臨界超導(dǎo)溫度提高到 90K以上，液氮的“溫度壁壘”（ 77K ）也被突破。這一年，謝希德教授說：超導(dǎo)技術(shù)研究取得突破性發(fā)展。

但此后36年，運(yùn)氣沒有完全站在人類這一邊。

2023年8月3日晚，韓國(guó)超導(dǎo)低溫學(xué)會(huì)宣布經(jīng)過科學(xué)研判后得出結(jié)論，認(rèn)為L(zhǎng)K-99不是超導(dǎo)體：實(shí)驗(yàn)材料沒有表現(xiàn)出邁斯納現(xiàn)象。

洗芝溪認(rèn)為這個(gè)新聞并不準(zhǔn)確：“韓國(guó)超導(dǎo)與低溫學(xué)會(huì)是在韓國(guó)團(tuán)隊(duì)的論文和視頻基礎(chǔ)上，認(rèn)為‘不能說是室溫超導(dǎo)體，其并沒有獲得相關(guān)樣品，也沒有自己合成新樣品。”

8月4日，韓國(guó)能源工業(yè)大學(xué)透露，他們已經(jīng)與量子能源研究所（即韓國(guó)團(tuán)隊(duì)的注冊(cè)機(jī)構(gòu)）簽訂了合作協(xié)議，在一個(gè)月前已經(jīng)取得了LK-99樣品，正在用高性能電子顯微鏡分析，預(yù)計(jì)需要6個(gè)月完成。目前，韓國(guó)各大學(xué)和研究機(jī)構(gòu)都在緊鑼密鼓地積極研究復(fù)現(xiàn)，還不能明確地說韓國(guó)方面已經(jīng)否認(rèn)其為室溫超導(dǎo)材料。

“從目前已經(jīng)有的復(fù)現(xiàn)結(jié)果來看，至少已經(jīng)排除了韓國(guó)團(tuán)隊(duì)人為造假的可能——這在超導(dǎo)研究歷史上常常會(huì)發(fā)生。”洗芝溪說。

顯然，洗芝溪和李世燕對(duì)LK-99價(jià)值研判不同。

“根據(jù)許多對(duì)超導(dǎo)專業(yè)人士的采訪報(bào)道，即便LK-99最后被證明不是室溫超導(dǎo)材料，它所展示出的特性，已經(jīng)具備一定的科學(xué)研究和工業(yè)應(yīng)用價(jià)值?！毕粗ハ硎?，對(duì)于LK-99是否為超導(dǎo)體，甚至是否為室溫超導(dǎo)體，他持謹(jǐn)慎樂觀態(tài)度。

李世燕則更為冷靜地告訴《瞭望東方周刊》：“如果LK-99僅具有低電阻特性，那它與現(xiàn)在大家關(guān)注的室溫超導(dǎo)就完全沒有關(guān)系了。低電阻材料太多了，談不上推動(dòng)產(chǎn)業(yè)變革?！?h3>“耐心一點(diǎn)”

國(guó)際市場(chǎng)研究機(jī)構(gòu)IMARC在2022年發(fā)布的一份報(bào)告中指出，2021年全球超導(dǎo)材料市場(chǎng)規(guī)模已達(dá)9億美元，預(yù)計(jì)2027年將接近23億美元。

8月1日，中美實(shí)驗(yàn)室同日宣布復(fù)現(xiàn)出LK-99超導(dǎo)晶體后，資本市場(chǎng)激情澎湃，A股超導(dǎo)概念股整體漲幅4.61%，5只個(gè)股漲停；美國(guó)超導(dǎo)股票AMSC盤前跳漲71%，最高漲幅150%。

資本市場(chǎng)認(rèn)為，一旦超導(dǎo)技術(shù)突破，一切與電相關(guān)行業(yè)都將發(fā)生變革：更高效的電池、更普遍應(yīng)用的量子計(jì)算機(jī)、更穩(wěn)定的可再生能源儲(chǔ)存都將誕生。在電影《阿凡達(dá)》中，懸浮于半空的哈利路亞山，不再是海市蜃樓；潘多拉星球上的常溫超導(dǎo)材料已來到地球。

但資本的歡呼，在一系列否定性論文刊發(fā)后戛然而止。

2023年8月8日，北京大學(xué)量子材料科學(xué)中心的研究團(tuán)隊(duì)在ArXiv提交的論文顯示，其合成的LK-99樣品沒有表現(xiàn)出超導(dǎo)性。

美國(guó)馬里蘭大學(xué)凝聚態(tài)物質(zhì)理論中心（CMTC）稱LK-99不是超導(dǎo)體，甚至在室溫（或極低溫度）下，它只是一種電阻非常高的劣質(zhì)材料。

10日，普林斯頓團(tuán)隊(duì)表示認(rèn)可中科院刊發(fā)的否定性論文：兩篇論文都發(fā)現(xiàn)樣品中存在Cu2S（硫化亞銅）雜質(zhì)相。中科院團(tuán)隊(duì)認(rèn)為L(zhǎng)K-99的電阻率降低來自Cu2S的相變，而且未降至0，不算超導(dǎo)。

洗芝溪和李世燕認(rèn)為，此次LK-99的復(fù)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)極大的意義在于不同研究方式的呈現(xiàn)?！翱茖W(xué)家公開了整個(gè)研究過程，觀看直播、視頻的網(wǎng)友也出了不少好點(diǎn)子，幫助他們完善實(shí)驗(yàn)。這一過程前所未有地調(diào)動(dòng)了廣大群眾積極支持和參與科學(xué)研究的熱情?！毕粗ハf。

封東來在回復(fù)《瞭望東方周刊》的采訪郵件中寫下，“Just be patient”（耐心一點(diǎn)）。

潛心研究，是現(xiàn)在給予室溫超導(dǎo)技術(shù)最大的耐心和善意。

（洗芝溪為網(wǎng)名，該網(wǎng)名在多個(gè)知名平臺(tái)上全程觀測(cè)評(píng)論了LK-99復(fù)現(xiàn)全過程）