室溫超導(dǎo)為何會成為現(xiàn)象級科學(xué)熱點？

《中國經(jīng)濟(jì)周刊》記者 孫冰 | 北京報道

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今年以來，“室溫超導(dǎo)”頻繁登上熱搜，從一個專業(yè)科學(xué)話題變?yōu)槿耜P(guān)注的公眾話題，甚至引發(fā)了資本市場的興奮。作為2023年現(xiàn)象級科學(xué)熱點，室溫超導(dǎo)研發(fā)進(jìn)度的“劇情”也確實精彩，其數(shù)度爆出震動全球的大新聞，但又?jǐn)?shù)次被證明竟是烏龍鬧劇。

室溫超導(dǎo)為何能夠引發(fā)如此大的公眾關(guān)注度？它真的是將會改變?nèi)祟悮v史進(jìn)程的技術(shù)？中國超導(dǎo)技術(shù)的發(fā)展情況如何？

人類研究超導(dǎo)已超過百年

超導(dǎo)是指在一定溫度條件下，材料呈現(xiàn)出電阻為零且完全抗磁的狀態(tài)，處于超導(dǎo)狀態(tài)的材料被稱為超導(dǎo)體。超導(dǎo)現(xiàn)象最初是在1911 年由荷蘭物理學(xué)家在金屬汞中發(fā)現(xiàn)的，之后人類不斷探索各種超導(dǎo)材料和超導(dǎo)技術(shù)，使超導(dǎo)更具實用性，在不懈努力下逐漸走向大規(guī)模應(yīng)用。

“超導(dǎo)已經(jīng)在能源、信息、健康等多個領(lǐng)域為人類服務(wù)，比如高溫超導(dǎo)電纜能耗低容量大，是傳統(tǒng)電纜的10倍，且對環(huán)境影響??；超導(dǎo)體可以讓核磁共振的成像效果更精準(zhǔn)；高溫超導(dǎo)濾波器能夠有效擴(kuò)大帶寬，提升網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)乃俣群唾|(zhì)量。”中國科學(xué)院院士、原超導(dǎo)體國家重點實驗室主任趙忠賢在2023騰訊科學(xué)WE大會上表示。

作為我國高溫超導(dǎo)研究奠基人之一，趙忠賢團(tuán)隊獨立發(fā)現(xiàn)液氮溫區(qū)氧化物超導(dǎo)體和發(fā)現(xiàn)臨界溫度可達(dá)55K的系列鐵基超導(dǎo)體等科學(xué)突破，不僅改變了我國在超導(dǎo)研究領(lǐng)域的落后狀況，也促進(jìn)了全球高臨界溫度超導(dǎo)體的研究。

“未來持續(xù)提高超導(dǎo)體臨界溫度、探索更適于應(yīng)用的超導(dǎo)體材料和新工藝，將會對人類生產(chǎn)生活帶來深刻變革。”趙忠賢說。

“當(dāng)各種電器用上超導(dǎo)體之后就會盡可能降低發(fā)熱，實現(xiàn)低功耗、高能源利用率，電力穩(wěn)定性也有保障；電力在傳輸中不會再有損失，人類或許可以不用過度焦慮能源和環(huán)境問題；超導(dǎo)磁懸浮列車可以無接觸地掛在軌道下面，超導(dǎo)汽車或許不需要輪子，也許未來的宇宙飛船能擁有續(xù)航超強(qiáng)的超導(dǎo)可控核聚變發(fā)動機(jī)……”中國科學(xué)院物理研究所超導(dǎo)國家重點實驗室研究員羅會仟在接受《中國經(jīng)濟(jì)周刊》記者采訪時，如是解釋超導(dǎo)技術(shù)為何會被全球科學(xué)家所追求，甚至被人類所夢想。

應(yīng)該說，自超導(dǎo)現(xiàn)象被發(fā)現(xiàn)以來，實現(xiàn)找到更多可服務(wù)人類的超導(dǎo)體就是一個長期夢想。但這個夢想看起來，還比較遙遠(yuǎn)。

“雖然超導(dǎo)研究已有112 年的歷史，但人類迄今還沒有完全理解各類超導(dǎo)體的微觀機(jī)理。在超導(dǎo)體研究過程中，理論的研究時常落后于材料的發(fā)現(xiàn)。不用說室溫超導(dǎo)，如果我們徹底理解了高溫超導(dǎo)的微觀機(jī)理，就已經(jīng)是一個能獲得諾貝爾獎的成就。因為一旦這個理論得以建立的話，都有可能突破我們現(xiàn)有的凝聚態(tài)物理學(xué)框架?？蛇@個目標(biāo)非常困難，因為每個人的理解都不一樣?！绷_會仟說。

中國科學(xué)院院士、原超導(dǎo)體國家重點實驗室主任趙忠賢

羅會仟也曾在自己所著的科普書《超導(dǎo)“小時代”》中寫道：“據(jù)說，一萬個理論物理學(xué)家，就有一萬套高溫超導(dǎo)理論，哪怕數(shù)據(jù)其實只有一份?！?/p>

室溫超導(dǎo)全球爆火，為何一直被夢想？

室溫超導(dǎo)有多火？以B 站為例，站內(nèi)有上萬名科研工作者對室溫超導(dǎo)領(lǐng)域進(jìn)行科普分享，全年相關(guān)視頻互動數(shù)達(dá)1185 萬。實際上，歷經(jīng)百年的超導(dǎo)，今年突然引起了公眾的廣泛關(guān)注，更多是來自兩則轟動全球的爆炸性新聞。

今年3 月，美國羅切斯特大學(xué)物理學(xué)家蘭加·迪亞斯（Ranga Dias）及其團(tuán)隊宣稱，創(chuàng)造出了能夠在室溫條件下實現(xiàn)超導(dǎo)的新材料。這一消息瞬間震驚全球。

今年7 月，韓國量子能源研究中心公司及相關(guān)團(tuán)隊宣稱，成功合成了常壓室溫超導(dǎo)材料LK-99。但與迪亞斯的“高壓室溫超導(dǎo)”不同，韓國宣布LK-99 的環(huán)境條件是“室溫常壓”，這更加驚人。

這兩則新聞，直接將室溫超導(dǎo)這個過去并不被大眾熟知的科學(xué)話題，演變?yōu)槿駸嶙h的公眾話題，甚至點燃資本市場，券商機(jī)構(gòu)紛紛開始梳理超導(dǎo)概念股和發(fā)布行業(yè)研究報告。但有趣的是物理學(xué)界反而不像大眾那么激動，甚至有網(wǎng)友評論：“除了搞物理的，其他人都興奮得不行?！?/p>

“首先強(qiáng)調(diào)一點，這兩次所謂的技術(shù)突破都是假的?！绷_會仟說。據(jù)他介紹，室溫超導(dǎo)，即在室溫條件下實現(xiàn)的超導(dǎo)現(xiàn)象。但室溫在物理學(xué)中有明確的溫度要求，即溫度為300K（開氏度），大概相當(dāng)于攝氏27℃左右。

“室溫超導(dǎo)體即在溫度為300K，能同時出現(xiàn)絕對零電阻和完全抗磁性的材料。但目前為止，還沒有任何一個研究團(tuán)隊能夠做出來常壓室溫超導(dǎo)體，哪怕高壓的室溫超導(dǎo)體也沒有做出來。”羅會仟說。

而且，就算是有人真的找到了室溫超導(dǎo)材料，是否馬上就會掀起新一輪的科技革命？人類的歷史進(jìn)程立刻就會被改寫嗎？羅會仟認(rèn)為，答案都是否定的。

“科學(xué)史上幾乎沒有這種事情，牛頓發(fā)現(xiàn)萬有引力也不是馬上就改變了世界。即使人類真的找到了能夠?qū)崿F(xiàn)室溫超導(dǎo)的新材料，也未必能夠好用，更不要說大規(guī)模應(yīng)用還有成本問題。一個新材料從出現(xiàn)到大規(guī)模使用，是非常遙遠(yuǎn)的。大家不用太激動，目前的進(jìn)展離革命性技術(shù)還很遙遠(yuǎn)?！绷_會仟說。

但羅會仟也強(qiáng)調(diào)，我們應(yīng)該對室溫超導(dǎo)保持一個謹(jǐn)慎的樂觀態(tài)度，即使這個新材料不好用也不是沒有意義，新超導(dǎo)材料可能會如雨后春筍，超導(dǎo)微觀機(jī)理的研究也可能不斷突破。

中國超導(dǎo)已走到世界前列，AI正在成為重要助力

“中國在超導(dǎo)基礎(chǔ)研究方面已經(jīng)走在世界前列?！壁w忠賢說。

中國科學(xué)院物理研究所超導(dǎo)國家重點實驗室研究員羅會仟

羅會仟也表示，中國物理學(xué)家在超導(dǎo)領(lǐng)域，特別是超導(dǎo)的基礎(chǔ)研究方面非常出色。上世紀(jì)80 年代，中國科學(xué)家們就實現(xiàn)了超導(dǎo)領(lǐng)域的重要突破。2008 年，趙忠賢院士帶領(lǐng)團(tuán)隊將鐵基超導(dǎo)體的臨界溫度提高到了55K，推動中國高溫超導(dǎo)研究走在了世界最前沿，而且一直保持到現(xiàn)在。

面向未來，羅會仟保持了一個科學(xué)家的謹(jǐn)慎樂觀。他透露，通過利用AI 大模型、超級計算機(jī)、材料基因組等新技術(shù)，超導(dǎo)的研究正在被大大助力和加速。

尋找超導(dǎo)材料的難度堪比大海撈針，因此有人調(diào)侃尋找室溫超導(dǎo)體就像“煉丹”。羅會仟表示，在尋找各種各樣新的超導(dǎo)材料過程中，確實有些像“炒菜”，過去只能是結(jié)合科學(xué)家的經(jīng)驗，把各種元素混在一起，然后在各種情況下測試其是否超導(dǎo)，所以效率非常低。

“但現(xiàn)在，我們借助超級計算機(jī)建立起龐大的數(shù)據(jù)庫，并利用AI 進(jìn)行數(shù)字模擬測試，這樣大大提高了實驗效率。而且不同科學(xué)家所做的實驗，可以都進(jìn)入一個數(shù)據(jù)庫，這樣就能慢慢訓(xùn)練出一套可靠的預(yù)測系統(tǒng)。通過計算或?qū)嶒灉y量一個新材料的基本性能參數(shù)之后，就能更加高效地判斷這款材料在室溫超導(dǎo)上的潛力。”羅會仟說。

無論是否真的有所突破，羅會仟認(rèn)為一波又一波的室溫超導(dǎo)熱并非壞事?！爱吘乖谶@個過程中，公眾可以產(chǎn)生對基礎(chǔ)科研的關(guān)注和熱情，這是非常重要的。”他說。