来自韩国的物理学家团队,近日在预印本网站arXiv上传了两篇论文,宣称发现了首个室温常压下的超导体。论文声称:在常压条件下,一种改性的铅磷灰石(文中称为LK-99)能够在127℃以下表现为超导体。论文一经公布,便在网络上引发了热烈讨论。
超导是材料在一定温度下电阻变为0的物理现象;超导体的应用有望为科技带来巨大变革,但苦于超导转变温度过低,应用受限;室温条件下的超导体是超导研究人员的终极梦想;此次引爆舆论的韩国论文尚未通过同行评议,对于论文宣称的结果需保持谨慎,还需进一步实验验证。
物理上,超导(superconductivity)是材料在低于一定温度时电阻变为0的现象,转变后的材料称为超导体(superconductor)。中学课本里提到过,在一个电路中,导线里的电荷在电压驱动下会像跑步运动员一样运动,从而形成电流,但经过导体的电阻会阻碍它们运动。如果电路由超导体组成,电荷就能在电路中自由自在地奔跑,电流会一直流动下去。
除了电阻为0以外,超导体还有另一个奇特的性质,称为完全抗磁性。材料转变成超导体后,就好像武僧穿上了金钟罩,体内的磁场会全部排斥在外。这个现象也被称为迈斯纳效应。根据超导体的完全抗磁性,可以做个有趣的实验:在超导体的正下方放置一个磁体,磁体在周围产生磁场,而超导体的内部不允许磁场存在,从而产生相反磁场,与磁体互相排斥。
因为自身特殊的性质,超导体引发了人们对它未来应用的无限遐想。比如:零电阻的电路几乎没有热损耗,使用超导体材料进行长距离大容量输电,能极大地减少能量浪费,提高能源利用效率;超导线运用于发电机、电动机能大幅提高电流强度和输出功率;超导体制作超大规模集成电路的连线,能解决散热问题,提高运算速度。
可惜,理想很丰满,现实很骨感。直到目前为止,超导体的实际应用还主要集中在粒子加速器、磁悬浮、超导量子干涉仪等特定情境中。在电力工程方面,尤其是被寄予厚望的超导线长距离输电,大范围应用仍然遥遥无期。是什么限制了超导体的大范围应用?根本原因只有一个:温度。
韩国的“室温超导”看到这,如果你还记得开头的内容的话,就发现这个韩国团队发表的论文有多么惊世骇俗了——他们宣称发现了常压下Tc大约是127℃的超导体,不仅把Tc带到室温,更是一下子直接提高了200度!根据论文描述,他们把多种含铅、铜和磷的材料经过一定组合后分别混合加热,制备得到一种掺杂铜的铅-磷灰石晶体,并且称之为LK-99。
不过,视频里的抬升并不像很多超导体的迈斯纳效应那样,完全悬浮在磁铁上。事实上,部分强抗磁性的材料,比如铁磁粉末压块,在强磁场下也会和磁体排斥,出现视频中类似的抬升效果。因此,单凭这段视频,并不能证明LK-99拥有超导体那样的完全抗磁性。
你会对室温超导有“似曾相识”相识的感觉,可能是因为就在今年3月,曾经有另一个和室温超导相关的“重磅炸弹”,在公众之中掀起了不小的波澜。当时,在美国物理学会会议上,美国罗切斯特大学的物理学家兰加·迪亚斯(Ranga Dias)及其团队宣称,他们在1GPa(约等于1万个大气压)的压强下,在镥-氮-氢体系中材料中实现了室温(约21℃)超导。
事实上,已经有团队在着手制备材料了,相信很快就会有科研团队提供相同条件下的实验结果,验证韩国团队的结果是否正确。LK-99材料究竟是划时代的发现,还是又一场学术乌龙,可能在未来的几天内就会揭晓。作为围观群众,我们应该做的就是静静等待,让子弹再飞一会。