超导，还是编导？

常温常压制造超导，这可是大消息。

韩国量子能源研究员宣称用改良版的铅-磷灰石晶体（听起来很厉害，叫LK-99），实现了临界温度约126.85℃的常压室温超导！

消息立马引爆全球，论文从临界温度、零电阻率、斯迈纳效应等多方面论证，称这一发现将“开启人类新时代”。

不过，工作刚一出来就被人怀疑。

甚至还有人揭露这是一次“罗生门”事件，整个情节都变得扑朔迷离起来。

子弹飞了两周，很多人非常激动。

现在我们回头再看梳理整个事件，看看到底这一次是真的超导还是有人编导？

同时，从这次常温超导事件中，讲一讲背后残酷的真相。

神奇的科学魔法：超导

1911年，荷兰的年青物理学家Heike Kamerlingh Onnes手持冷得比铁还硬的汞，把它拽到接近绝对零度的地方——那里的温度冷得可以让北极熊都穿上棉袄。

在这个极寒之地，奇迹发生了！

随着温度的下降，汞变得怪异起来。

它的电阻变得越来越小，当温度降到某个神秘的界限以下，电阻突然大幅减小，几乎接近于零。

咦，汞怎么变得这么听话，电阻都不认识了！

汞在极低温下变得如此与众不同，它进入了“超导状态”，电流穿过它时不再有阻碍。

这真是让人咋舌的科学魔法！

这个发现，不仅让Heike Kamerlingh Onnes赢得了诺贝尔物理学奖，更点燃了无数科学探索的火花。

超导性是如此奇妙，就像是大自然的一个魔术，让我们在极寒之地见证了电流的“消失”。

电子跳起了欢快的“超级电子舞”，仿佛让电阻瞬间消失得无影无踪。

这场“超级电子舞”，不仅引发了科学的狂欢，也为人类打开了通往未来科技的大门。

超导的“魔法特性”

超导有着让人类眼前一亮的特性：

一旦超导材料迈入“超导”状态，电阻就会像是绝缘胶带一样，默默地离开舞台。

这个“魔法消失术”让电流能够长驱直入，不会被电阻“吞噬”。

超导材料对磁场的反应就像是“磁场保镖”，它们会把磁场驱逐出内部，让内外保持清静。

这让它们在医学成像中有很大的用途，就像是给磁场扔了一个“退散”魔法。

超导材料在磁场作用下能像“魔毯”一样悬浮在半空中，就像是在进行一场“超级漂浮秀”。

这种悬浮魔法，将在未来的交通工具“磁悬浮列车”中实现。

超导材料在超导状态下会形成“能量漩涡”，就像是电子进入了一个“能量漩涡游乐园”。这个漩涡能够让电子在特定能量范围内做一场“魔幻律动”。

超导材料可以把特定波长的电磁波反射回去，就像是在进行一场“魔法光学秀”。这个特性在通信和光学器件中可能会有重要的应用。

超导材料在超导状态下会制造一个磁场“保护伞”，就像是为磁场做了一个“隐身斗篷”。这个“Meissner魔法”让超导材料在外部磁场面前就像是“磁场消失”。

常温常压制造超导的困难点：

电子具有多动症

要实现常温常压超导，十分困难。

它就像是在一个热闹的家庭聚会上，尝试让一群精力充沛的孩子静下来听故事一样困难。

为什么会这样呢？

 在常温下，材料中的原子和分子会更加活跃。

它们会产生更多热涨落，也就是电子非常兴奋。

这些热涨落会导致电子在材料中的散射，增加电阻的产生机率，难以实现无电阻传导。 

在常温下，电子之间的相互作用变得更加复杂。

电子之间的耦合，会导致电子形成复杂的能带结构，阻碍了超导现象的出现。

超导材料在超导状态下会形成一个能隙，使得能量范围内的电子无法存在。

在常温条件下，电子能量的分布更为广泛，这意味着能隙的形成变得更加困难。 

在常温常压条件下，材料的晶体结构更容易受到热膨胀和结构变化的影响。

这些变化可能会破坏超导电子配对的稳定性，导致超导性的破坏。 

电子和晶格之间的相互作用，可能会导致电子与晶格振动相互耦合，从而影响电子的自由传导。

想象一下，有些孩子开始跳舞，而其他孩子的跳动也会影响到跳舞孩子的节奏。 

传统的超导材料通常需要特定的元素和结构，以实现低温下的超导性。

因此要在常温常压条件下，寻找表现出超导性质的合适材料，对人类来说是一个巨大的挑战。

全球首个室温超导体”？

室温超导，是凝聚态物理皇冠上的明珠。

2023年7月23日，室温超导再次成为全球关注的焦点。

韩国量子能源研究中心的团队声称，发现了首个室温常压超导体：LK-99。

他们在arXiv上发表的论文指出，产生超导现象的临界温度为摄氏127度(400K)。

 这意味着温度低于127度时，LK-99就会发生超导现象。 

LK-99是一种铜掺杂的铅磷灰石，化学式为Pb9Cu1(PO4)6O。

在论文中，韩国团队还做了超导电阻为零和迈斯纳效应的验证。

更关键的是，论文给出了详细的合成步骤：

可以说，简单到一个高中实验室都能进行复现。

既然这么简单，那还等什么？

全球各地的实验室，于是纷纷开始手搓LK-99的复现实验。

韩国人的论文为什么会被质疑？

韩国人的那篇论文，为什么争议很大？

因为合成LK-99的方法真的太简单了。

大家第一反应就是质疑：

LK-99合成步骤图

要实现超导有多难？

目前已知的所有超导材料，都需要低于-100℃或10000倍于标准气压。

也就是，必须满足下面这两个要求之一，才有可能合成超导材料：

以最常见的钇钡铜氧超导材料制作为例，通常采用以下方法：

这些方法都需要大量造价昂贵的设备和大量催化剂才能制成。

而韩国论文中LK-99的合成方法，操作简单，成本还十分低廉。

就像让你随便扔点粉末到炉子里，烧三天就出来一个室温超导材料。

这就像牛顿耗费了全部家当和心血炼取黄金，花了十几年也没搞出来。结果莱布尼茨的一个学生跑过来跟牛顿讲：

你说说谁能信？

有编导吗？

科学论文背后伴随着“曲折剧情”

与这篇论文并行的，还有一段奇特剧情。

这次LK-99论文的主角，是李石培和金智勋，他们都是韩国高丽大学化学系创始人崔东植的学生。

20多年前，他们师徒在探索超导时，就曾偶然捕获了“幽灵波动”。

不过遗憾的是，一直难以再现。

2017年，他们的导师崔东植去世前，将制造超导的希望寄托在他们身上。

为了实现导师的心愿，他们历经磨难，租下地下室继续钻研。

经过努力奋斗，终于在地下室再次发现“幽灵波动”的蛛丝马迹。

2018年，他们终于进入科研机构，迎来希望。

2020年，他们合成了超导材料LK-99，这个名字代表了两位学生和导师的心路历程。

李石培

然而，背后却隐藏着团队内部的明争暗斗。

论文发表后，另一篇类似的论文如影随形，更详细地揭示了超导机理，但作者阵容有变。

这科学之路，如同刀光剑影的励志电影。

情节异常曲折，确实让人感觉后面是否有一个BOSS在后面进行“编导”。

而且，由于韩国研究团队拒绝提供样品，更让人让人觉得扑朔迷离。

中科院复现的“伪室温超导”

LK-99出来后，中科院等国内科研院所迅速组织了复现实验检测。

结果证明，这是一个“伪室温超导”现象。

这不是说韩国实验室故意造假，因为也有可能是他们搞错了。

他们的观点是发布在预印论文网上，这是一种非正式线上发布渠道。

中科院复现实验显示：

这显然违反了超导理论常识，应该是温度越低越容易表现出低电阻。

中科大这篇论文认为：

相变是固体物理常用术语，等离子态、凝聚态、气态、液态、固态等都可以是同一类原子（分子）的不同相。

随着物理条件的不同而不断变化，称为相变。

在同一个大相里面，还会有很多小相变。

外表上不容易看出差别，得专业仪器才能检测出来发生了微相变。

相变的微观基础，是原子外层电子的电磁作用的量子化强度和结构变化了。

这会导致原子之间距离和方向发生变化，进而影响电阻率等性质。

超导态也是一种固态中的相。

进入超导态，需要满足两个条件：

但这次的LK-99是另一种相变，两者完全是两回事。

目前世界排名靠前的实验室均在复现，结果没有一例成功。

基本可以判断，这是看上去像超导的“伪室温超导”。

残酷真相一：

中国超导实验室为何成果寥寥？ 

研发大规模可应用的超导材料，成为全球各国的目标。 

作为全球第二经济大国，中国也不例外。 

自“863计划”诞生起，超导就作为专项列入国家计划。 

但迄今为止，中国团队在这方面的重大成果并不多。 

1911年，人类第一次发现超导现象。 

截至2023年，与超导研究相关的诺贝尔奖有5次，一共诞生了10位诺奖得主。 

但在这些科学家中，没有一个人来自中国。 中国并不缺少超导实验室，实验室数量其实很多。 

在这一次LK-99的复现狂潮中，就有不少来自中国的实验室：

一方面，这当然与超导研究本身难度相关。 

另一方面，中国目前缺少“从0到1”的发现，也是需要思考的问题。

残酷真相二：

研究环境恶劣会导致癌症

超导研究业内学者戏称：

虽然是戏称，但却不经意间揭示了一个事实：

尤其是在制备和研究超导材料的过程中，会与有毒物质打交道：

①铅

铅是一种有毒重金属，长期暴露可能对人体健康造成危害。因此，在处理铅相关的超导材料时，需要采取适当的防护措施。

②汞

某些超导材料可能包含汞元素，而汞也是一种有毒物质。接触汞可能对中枢神经系统产生影响，因此必须在合适的实验条件下操作，避免吸入或皮肤接触。

③其他有毒化学品

超导研究可能还涉及使用其他有毒化学品，如一些有害气体、溶剂等。

总之，超导研究涉及不少有毒物质。

因此，研究人员需要在严格的实验条件下处理，遵循安全操作规程。

残酷真相三：

二流学者在研究超导？

虽然这句话可能很伤人，但这是残酷的真相三。

许多一流的科学家不选择超导，而是二流的科学家才愿意做超导研究。

因为门槛没有那么高，这也是为什么全球那么多实验室都声称复现LK-99。

如果此次的超导发现是一个科学巨匠，那争议不会这么大。

但这次的主角是名不见经传的高丽大学俩毕业生，虽然论文有个教授，但只是挂名而已。

高丽大学虽然学术水平不错，但在韩国并不顶尖，大概相当于国内985中等水平。

当然，这不能否定二流学者在超导领域的研究就做不出伟大成绩。

他们同样可以通过努力取得成就，向一流学者靠近。

超导的攻坚战：

经典BCS理论

超导现在要攻克的是BCS理论，这才是顶尖学者在思考的问题。

超导的出现，是由于固体中的电子，在某种吸引相互作用下，形成具有一定玻色子特性的束缚态 (也称为库珀对)然后凝聚导致的。

除了微观粒子的现象，后面还隐藏着以下相关理论：

从能带结构出发，考虑电子在能带中的基态和激发态，涉及到能带的量子态描述和能量本征值的计算。

遵循费米-狄拉克统计，研究费米子的统计性质需要涉及到费米子算符和费米子产生湮灭算符的代数关系。

考虑电子之间的库伦相互作用，需要使用贝塞尔函数等数学工具进行描述。库伦相互作用对电子态的影响，可以通过薛定谔方程和哈密顿算符来计算。

BCS理论中，超导态的电子波函数被描述为一个配对的费米子态，通常用BCS波函数表示。

这涉及到复杂的多体波函数和粒子之间的相互作用。

BCS理论中的超导态是通过块对称性破缺实现的，即电子自发地形成配对。

数学物理中，块对称性破缺通常涉及到对称群的表示论和对称性破缺的数学描述。

超导，还是编导

要真正理解超导，其实并不容易。

要制造出常温超导，一定要付出代价。

室温超导概念很火，中国股市兴奋异常。

LK-99没有带来第四次工业革命，但给A股带来了一场狂欢。

尽管还在实验复现论证过程中，资本市场却早就镰刀霍霍。

8月1日，中国A股中与超导材料相关的“概念股”猛涨。

西部超导和联创光电，则分别涨超7%和6%。

打脸也来得很快，股民狂欢之后，只剩下一地鸡毛。

这种事情不是第一次了，中国股民总是成了最后的买单者。

这些年来，股民从7纳米光刻机到广铁齿轮传动轴，从光伏产业链博弈到刀片电池黑科技，从机器人技术分解到大宗商品周期，次次兴高最后惨烈，这回又加了高温超导领域。

不过虽然亏了钱，但毕竟了解了高深科技，支持了科技兴国。

但现在回头来看，你觉得这一次是超导，还是编导？