然而，由于試驗(yàn)結(jié)果不一，再加上論文多處存疑，且論文未正式公開發(fā)表，都為L(zhǎng)K-99是室溫超導(dǎo)體的結(jié)論蒙上陰影。 韓國(guó)團(tuán)隊(duì)論文作者在ScienceCast公布的畫面，LK-99在室溫下展現(xiàn)抗磁性。爭(zhēng)議中的LK-99很快迎來反轉(zhuǎn)，8月2日，韓超導(dǎo)學(xué)會(huì)宣布成立“LK-99 驗(yàn)證委員會(huì)”，隨后8月3日，“驗(yàn)證委員會(huì)”LK-99未表現(xiàn)出邁斯納效應(yīng)，無法證明是超導(dǎo)體，也因此，所謂的“第四次工業(yè)革命”在數(shù)日內(nèi)宣告結(jié)束。 拋開現(xiàn)象看本質(zhì)，什么是超導(dǎo)、高溫超導(dǎo)、室溫超導(dǎo)，它們的特性和差別在哪里，為什么說室溫超導(dǎo)能引發(fā)如此的轟動(dòng)，目前科學(xué)界對(duì)室溫超導(dǎo)的研究都有哪些路徑，取得了什么樣的成果？ 騰訊新聞特邀中科院物理所研究院、科普作家羅會(huì)仟，線上直播解讀室溫超導(dǎo)那點(diǎn)事兒。 以下為直播實(shí)錄脫水版： 超導(dǎo)那點(diǎn)事兒 Q：歷史上，是誰率先發(fā)現(xiàn)了超導(dǎo)現(xiàn)象，它產(chǎn)生的必要條件是什么？ 羅會(huì)仟：超導(dǎo)研究歷史挺長(zhǎng)，到今年應(yīng)該是有112年了。 1911年，荷蘭萊頓大學(xué)卡莫林-昂尼斯的團(tuán)隊(duì)在研究低溫金屬導(dǎo)電性的實(shí)驗(yàn)，選擇了水銀作為材料，意外發(fā)現(xiàn)其溫度降到4.2K(攝氏度-269℃)以下電阻消失，后來這個(gè)現(xiàn)象被稱之為超級(jí)導(dǎo)電，即進(jìn)入最完美的導(dǎo)電狀態(tài)。1933年，沃爾特?邁斯納發(fā)現(xiàn)了超導(dǎo)的另外一個(gè)現(xiàn)象——完全抗磁性，當(dāng)進(jìn)入超導(dǎo)態(tài)之后，磁場(chǎng)無法進(jìn)入超導(dǎo)體內(nèi)部，形成一個(gè)抵御外磁場(chǎng)的能力，即磁化率等于-1。 總結(jié)下來，超導(dǎo)材料的的兩個(gè)關(guān)鍵特征，其一是電阻徹底消失，絕對(duì)零電阻；其二是進(jìn)入超導(dǎo)態(tài)后具備完全的抗磁性。 Q：很多科幻作品在探索超導(dǎo)應(yīng)用，現(xiàn)實(shí)情況如何，它們又帶來了哪些價(jià)值？ 羅會(huì)仟：大家印象深刻科幻電影《阿凡達(dá)》，電影中的 一些星球上的山，好多是在天上，山體內(nèi)部有很多室溫超導(dǎo)體，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)了磁懸浮效應(yīng)，這是超導(dǎo)的一個(gè)典型的現(xiàn)象；類似的電影還有《太空旅客 》，其中提到的人工可控核聚變發(fā)動(dòng)機(jī)，也是超導(dǎo)的應(yīng)用場(chǎng)景。 、 超導(dǎo)應(yīng)用分為兩大塊：強(qiáng)電和弱電。 強(qiáng)電即在零電阻的狀態(tài)下，可以通過很強(qiáng)的電流，可以用于輸電，在很多地方已經(jīng)有應(yīng)用，而強(qiáng)電流可以帶來強(qiáng)磁場(chǎng)，它的應(yīng)用場(chǎng)景包括核磁共振成像、可控核聚變、高速磁懸浮列車等等。另外，物理研究中各種實(shí)驗(yàn)都可能涉及磁場(chǎng)，比如大型粒子加速器、極端條件測(cè)試平臺(tái)等，都有超導(dǎo)磁體的用武之地。 弱電指的是借助超導(dǎo)體本身的一些性質(zhì)，比如利用阻抗好的特點(diǎn)去做濾波器，最熱門的則是近年來比較火的量子計(jì)算，也就是在超導(dǎo)材料上刻蝕量子比特，構(gòu)造超導(dǎo)芯片。簡(jiǎn)單來說，弱電方面的應(yīng)用不需要太多的超導(dǎo)材料，其扮演關(guān)鍵作用即可，而且它還有個(gè)特點(diǎn)，并不因?yàn)槌瑢?dǎo)溫度低而受到極大限制。 Q：超導(dǎo)在材料學(xué)的探索當(dāng)中，屬于什么樣的地位？ 羅會(huì)仟：超導(dǎo)研究在材料探索里面其實(shí)比較普通，沒有想象的占比那么大。我們凝聚態(tài)物理研究除了超導(dǎo)實(shí)驗(yàn)室之外，還有磁學(xué)實(shí)驗(yàn)室，表面物理實(shí)驗(yàn)室，納米實(shí)驗(yàn)室，這些實(shí)驗(yàn)室都很大，研究方向甚至比超導(dǎo)大的多。 但反過來看，超導(dǎo)研究有一個(gè)非常有趣的現(xiàn)象，可以帶動(dòng)整個(gè)材料學(xué)的發(fā)展，發(fā)現(xiàn)其他有趣的物理現(xiàn)象，比如龐磁阻、量子磁體、拓?fù)潆娮討B(tài)等等。 舉個(gè)例子，有10位直接從事超導(dǎo)研究的科學(xué)家獲得諾貝爾獎(jiǎng)，而整個(gè)物理得主諾獎(jiǎng)也就200多人，凝聚態(tài)物理總共就60-70個(gè)人，這個(gè)比例是非常了不起的，這也可以解釋為什么大家對(duì)超導(dǎo)、室溫超導(dǎo)如此關(guān)注。 室溫超導(dǎo)簡(jiǎn)史 Q：超導(dǎo)、高溫超導(dǎo)、非常規(guī)超導(dǎo)，室溫超導(dǎo)這這些名詞非常多，它們有什么關(guān)聯(lián)，差異點(diǎn)又是什么？ 羅會(huì)仟: 大家可能聽說過高溫超導(dǎo)、室溫超導(dǎo)，高低在物理學(xué)中是相對(duì)的，前面提到的水銀，也就是金屬汞，4.2K(攝氏度-269℃)就可以實(shí)現(xiàn)超導(dǎo)效應(yīng)。 隨著BCS超導(dǎo)理論(該理論以其發(fā)明者約翰?巴丁、利昂?庫(kù)珀和約翰?施里弗的名字首字母命名，用于解釋常規(guī)超導(dǎo)體的超導(dǎo)電性的微觀理論)建立起來，科學(xué)家就可以預(yù)測(cè)材料的超導(dǎo)溫度，而40K就是其理論預(yù)言的上限。直到80年代，大量40K以上的銅氧化物超導(dǎo)體被發(fā)現(xiàn)，大家發(fā)現(xiàn)不能再用BCS超導(dǎo)理論解釋其高溫超導(dǎo)現(xiàn)象。業(yè)界于是將40K作為低溫、高溫超導(dǎo)的分界線，不過這個(gè)分界線其實(shí)并不很明確。 按物理學(xué)來講，判斷一個(gè)材料是不是高溫超導(dǎo)不需要嚴(yán)格按照40K的標(biāo)準(zhǔn)。高溫超導(dǎo)材料目前只有兩種，一種是銅氧化物，一種是鐵基超導(dǎo)。對(duì)于銅氧化物來說，只要它們材料結(jié)構(gòu)接近，哪怕超導(dǎo)溫度只有10K、5K，業(yè)界依然將其稱之為高溫超導(dǎo)體。鐵基超導(dǎo)體里面超 |
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