未来会改变世界的尖端科技，未必是生成式AI，而是“室温超导体”！过去100多年，科学家一直想方设法提高超导材料的临界温度至“接近室温”，但始终未能成功，因此室温超导体被誉为现代物理学“圣杯”之一。近日，有韩国科学家声称，找到合成室温超导体的新方法，造成全球学界和商界轰动，更刺激相关概念股的股价狂飙。超导体究竟是什么？与常见的半导体有何分别？如被广泛应用，对未来生活和经济产业会带来什么颠覆性改变？

超导体具零电阻与完全抗磁性

   我们日常接触到的“半导体”（Semiconductor），是指在常温下导电性能介乎于导体（Conductor）与绝缘体（Insulator）之间的材料；当温度升高时，它的电阻率会下降，导电性能则会上升，具有导电性可受控制的特点。透过结构与材料上的不同设计，半导体能够实现控制电流传输的效果，并以此为基础构成可处理各种电子讯号的芯片，让半导体得以广泛应用于手机、计算机、电动车等电子设备上。

   那么，名字与半导体只有一字之差的“超导体”（Superconductor），是否半导体的超级版本呢？答案当然不是。超导体意指在特定温度以下，呈现零电阻与完全抗磁性的导体。因为超导体导电时没有阻力，所以传输电力时不会有热损耗和衰减；通电后如没有人为干预，理论上超导体内部电流可以永不衰竭。

   1911年，荷兰科学家海克·卡末林·昂内斯（Heike Kamerlingh Onnes）利用液氦冷却水银，当温度下降到绝对零度（零下273.15℃）时，发现水银的电阻完全消失，这种状况称为“超导现象”（Superconductivity）；引发导体电阻值归零的温度，则唤作“超导临界温度”。

室温超导体为现代物理学圣杯

   2018年，德国化学家发现，在温度为零下23℃、压力为170GPa（约170万标准大气压）的环境下，氢化物“十氢化镧”会出现超导性，这是目前已知的最高临界温度。由于超导体需在极低温环境下操作，一定要搭配制冷设备一起使用，所以运作成本非常高，难以大规模商业化，应用场景只限于磁力共振扫描（MRI）和量子运算等专业领域。

   由此可见，半导体与超导体虽然名字相近，但性质和用途上却存有明显差异。在某些应用场景下，两者可以分工合作，互补不足。譬如由超导导线组成的超导磁铁，能够维持巨大磁场而不会消耗能量，通常就要用到半导体来调控超导体的电流与磁场。

   至于“室温超导体”（Room-temperature Superconductor），是指可以在高于0°C的温度下，具有超导性的材料，这是日常较容易达到的操作条件，故此运作成本远比超导体为低，应用范围亦可以更为广泛。

   不少科学家一直怀疑，室温超导体是否真的可能实现，因为超导现象出现的先决条件非常苛刻：必需处于极低温度与极高压力环境下，导体会产生超导性。故此，现代物理学“圣杯”之一正是要开发室温超导材料。

韩科学家开发出室温超导体？

   2023年7月22日，韩国量子能源研究中心（Quantum Energy Research Center）研发人员，把两篇论文和影片上传到论文预印本网站arXiv，宣称开发出新型的室温超导体“LK-99”。它是一种改良过的铅磷灰石结构化合物，处于常压环境下，加热至127℃即可呈现超导性。

以Sukbae Lee、Ji-Hoon Kim为首的韩国科研团队混和了含有铅、氧、硫、磷的粉末化合物，在高温下加热数小时，引发化学反应，让粉末变成深灰色的固体“LK-99”。（图片来源：维基百科）

在常压条件下，以Lee和Kim首字母命名的“LK-99”能够在127℃呈现抗磁性，悬浮在磁铁上面，这是超导现象的特征之一。（图片来源：翻摄自ScienceCast影片）

   根据研发团队公布的影片，LK-99被放在磁铁上，能够保持悬浮状态；这是材料变成为超导体的特征之一，即是排斥磁场的“迈斯纳效应”（Meissner Effect）。此重量级消息曝光后，全球科学界和商界随即掀起室温超导体旋风。这不但因为LK-99无需在高压条件下诱发超导现象，更因为其制造方法比较简单，所需设备亦不复杂，仅需短短34小时就能制造出这种超导材料。

   不过，LK-99的相关论文尚未经同行评审，而且以往亦有类似的室温超导体论文遭怀疑数据造假而被撤下，所以有不少专家对LK-99抱持怀疑态度。美国马里兰大学物理学家理查德德·格林（Richard Greene）指出，尽管韩国团队释出的影片教人印象深刻，惟超导现象绝非让物体悬浮的唯一可能性，也有可能LK-99只是一种抗磁性材料。

中美科研团队为韩超导体背书

   7月31日，美国劳伦斯伯克利国家实验室（LBNL）在arXiv网站发表论文，表示利用美国能源部的超级计算机进行仿真运算，证实LK-99的结构理论可行，为韩国这项室温超导体研究提供了理论依据。

   8月1日，中国华中科技大学科研团队在bilibili网站上传一段影片，显示他们所制造的LK-99同样可以悬浮在磁铁上，兼且悬浮角度比韩国团队的实验品还要大上一点，但有关实验的测量值却未有公布。因此，这段影片顶多再次证明LK-99具有抗磁性，惟大家要明白抗磁性不等于超导性，它仅是超导体其中一项特征而已。

华中科技大学材料学院的学生于2023年8月1日在bilibili网站发布一段影片，展示有悬浮效果的LK-99晶体。（图片来源：翻摄自bilibili@关山口男子技师）

   随后，中国科学技术大学团队、曲阜师范大学高压研究团队也发表了LK-99的初步实验结果，显示LK-99部分颗粒拥有抗磁性，呈现半悬浮状态，惟曲阜师大团队作进一步检测时，却发现材料有高电阻率。

曲阜师范大学高压科研团队成功复现LK-99实验结果，显示其LK-99样本具有抗磁性。（图片来源：翻摄自知乎@科研农民工）

   事实上，真正的超导体必需具有两大特性：零电阻与完全抗磁性，缺一不可。中美科研团队所进行的LK-99复现实验，只证明它具有一定的抗磁性，但还没验证完全抗磁性，而且又没有发现零电阻特性。由此可见，以上实验均未能对LK-99是否室温超导体得出明确结论。

韩专业学会称无法证明超导性

   尽管有不少外国科研团队为LK-99论文背书，但叫人意想不到的是，LK-99论文第一作者李石培（Sukbae Lee）竟然跳出来表示，该论文存有许多缺陷，本来未有打算在近日发表，但另一作者Young-Wan Kwon却在未经其他作者的同意下，擅自上传了论文。他与其他作者现已把论文提交给一家国际学术期刊进行审阅，希望通过同行评审后再正式发表论文。

   当LK-99备受各界议论之际，全球游资已迫不及待涌入与超导体相关的概念股。美国超导公司（American Superconductor Corp.）股价一度暴涨150%。韩国化学品公司德成（Duksung）、高温超导线技术公司Sunam、以及电子零件制造商Shinsung Delta Tech均连续多天飙涨30%。

   有鉴于LK-99事件闹得沸沸扬扬，韩国超导低温学会于8月2日决定成立“LK-99验证委员会”，以验证LK-99室温超导体的真伪。针对实验影片与论文进行分析后，验证委员会发表结论称，截至2023年8月4日上午为止，“LK-99不能被证明为室温超导体。”委员会已向LK-99研发团队要求提供实验样本作进一步测试。该团队回应指，需待国际学术期刊完成同行评审后，始能提供LK-99样本，预计评审过程需时２至４个星期。

室温超导颠覆能源和交通产业

   LK-99的诞生之所以引起全球关注，只因室温超导体一旦出现，世界将会变成另一个面貌。超导体是完全不耗损电流的导体，所以导电时没有阻力，不会出现热损耗和电量衰减。现时全球电网大多采用铜或铝导线传输电力，大概有15%的电能损耗在输电线路上。如改用超导体输电，节省的电力相当于増建数十座大型发电厂的发电量，大幅缓解供电紧张的问题。

   如把超导体引入到电子产品上，芯片之间的互联机路改用零电阻的超导材料来制作，这样就不会存在散热问题，可以完全省却散热装置，让手机和计算机变得更轻薄。此外，由超导体构成的大型线圈，因零电阻的关系，可让大量电流通过，进而产生超强磁场，可以⽤于磁力共振扫描，提高扫描影像解像度，使得医学成像变得更加精准。

超导体可以产生强磁场，可应⽤于磁力共振扫描，⽤来检测癌症、⼼⾎管疾病、神经疾病等。（图片来源：维基百科）

   除零电阻外，超导体的另一特性是排斥磁场，让磁场无法进入超导体内部，只会在其表面形成一个极薄的磁场层。当超导体在磁场中移动时，会产生一道阻力，使它悬浮起来。因此，只要在高速铁路轨道铺设强力磁铁，列车底部装设超导体，即可轻易造出的高速磁浮列车。若果在马路表面铺上强力磁粉，车辆底部加装超导材料，那么未来汽车便不再需要车轮了。

磁浮列车是采用超导体技术的运输工具，最高时速理论上可达每小时600公里以上。图中为日本东部丘陵线的磁浮列车Linimo，属于中低速车型，行驶时速约100公里。（图片来源：维基百科）

   著名产业分析师郭明錤指出，从现有产业技术来看，室温超导体要实现商业化，目前完全无法定下任何可能的时间表。可是，未来如能大规模商业化落地，超导体的零电阻特性将会彻底颠覆电子设备的产品设计。譬如装置内部不再需要散热系统，连接芯片的铜箔基板电路会被取代，甚至先进制程门槛也会被降低，这样即使是小如iPhone般的手提装置，都可以拥有跟量子计算机匹敌的运算能力。由超导体构建的高科技未来世界，确实让人翘首以待。

被誉为“电子产品之母”的印刷电路板（Printed Circuit Board），是组装各类电子零件需要用到的基板。如板上的电路改用超导材料，电子产品就不再存在散热问题，同时讯号输送速度也可大幅提高。（图片来源：维基百科）

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