LK-99 室溫超導(dǎo)，激發(fā)萬萬億市場，還是又一輪烏龍？

文 | 首席商業(yè)評(píng)論

近日， 韓國一個(gè)科學(xué)家團(tuán)隊(duì)表示，他們發(fā)現(xiàn)了全球首個(gè)室溫常壓超導(dǎo)材料——改性鉛磷灰石晶體結(jié)構(gòu)（下稱 LK- 99，一種摻雜銅的鉛磷灰石）。該團(tuán)隊(duì)興奮地指出，" 所有證據(jù)都可以證明，LK-99 是世界首個(gè)室溫常壓超導(dǎo)體。LK-99 的誕生意味著室溫超導(dǎo)領(lǐng)域的重大突破，開啟了一個(gè)全新的歷史時(shí)代。"

不過， 該團(tuán)隊(duì)的論文目前僅上傳到了預(yù)印本服務(wù)器 arXiv，還不清楚該論文是否已提交給期刊進(jìn)行同行評(píng)議。順便提一下這個(gè) arXiv，它并不是一個(gè)嚴(yán)格的學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu)，而是一個(gè)學(xué)術(shù)交流的平臺(tái)，只要你有相關(guān)機(jī)構(gòu)的郵箱，你就可以在上面發(fā)表各類學(xué)術(shù)觀點(diǎn)，可以說就是民科的互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)。

由于已有同題的研究被 " 推翻 " 的先例，這次的結(jié)果到底是不是烏龍，很多學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu)都在想辦法實(shí)驗(yàn)復(fù)現(xiàn)。此前，美國羅切斯特大學(xué)的物理學(xué)家蘭加 · 迪亞斯（Ranga Dias）及其團(tuán)隊(duì)在美國物理學(xué)會(huì)會(huì)議上宣布，他們已經(jīng)創(chuàng)造出一種可以在室溫（room temperature）條件下實(shí)現(xiàn)超導(dǎo)的全新材料。消息發(fā)布后，在全球引起軒然大波。不過，由于該團(tuán)隊(duì)在 2020 年 10 月發(fā)表的一篇同題論文受到質(zhì)疑，最終導(dǎo)致《自然》雜志撤稿。

【資料圖】

所以，這次韓國團(tuán)隊(duì)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，也必然需要接受全球?qū)＜覀兊膰?yán)格驗(yàn)證。中國各大學(xué)實(shí)驗(yàn)室也進(jìn)行了復(fù)現(xiàn)，華科大博士在 B 站上直播并發(fā)布了復(fù)現(xiàn)的過程，最開始沒有成功，但在后續(xù)第二輪材料中發(fā)現(xiàn)了極小顆粒的物質(zhì)，具有韓國團(tuán)隊(duì)實(shí)驗(yàn)中的一些特性。

磁石未靠近時(shí)，碎片躺著磁石靠近，碎片站起來了

不過，從實(shí)驗(yàn)人本身，以及目前知乎各大神的回復(fù)來看，實(shí)驗(yàn)和中國各大學(xué)的復(fù)現(xiàn)僅僅是證明了材料的抗磁性，而并沒有證明材料的超導(dǎo)性，需要新一批的材料，測量電阻。

這里順便科普一下，知乎有專家提到，" 超導(dǎo) " 這個(gè)詞有誤導(dǎo)性，它不是指導(dǎo)體中最好的所謂超級(jí)導(dǎo)體。恰恰相反，超導(dǎo)往往是從差的導(dǎo)體，甚至絕緣體中，通過摻雜得到。金銀銅等自然界最好的良導(dǎo)體，都不超導(dǎo)，無論怎么摻雜或加壓。

而目前的超導(dǎo)特性，都是在極低溫以及高壓情況下獲得，成本非常高昂，無法復(fù)制使用。

當(dāng)然，側(cè)面印證韓國實(shí)驗(yàn)室也并非完全空穴來風(fēng)。不過韓國實(shí)驗(yàn)室的方程沒有配平，要證明進(jìn)一步的驗(yàn)證，還需要更多材料來實(shí)驗(yàn)，于是，風(fēng)傳中美俄各大實(shí)驗(yàn)室都在燒制第 N 批材料中，甚至有人戲稱，這堪比古代煉丹。同時(shí)，相關(guān)理論驗(yàn)證也有了新的進(jìn)展。美國勞倫斯伯克利國家實(shí)驗(yàn)室 ( LBNL ) 進(jìn)行的計(jì)算機(jī)模擬，從理論上支持了這種材料具有常溫超導(dǎo)能力的結(jié)論。不過，作者在論文中也提到，實(shí)際合成這種材料是有一定難度的。在國內(nèi)，中國科學(xué)院沈陽材料科學(xué)國家實(shí)驗(yàn)室也進(jìn)行了計(jì)算。

研究人員從第一性原理出發(fā)，使用從頭算 ( ab initio ) 方法推算了 LK-99 的電子結(jié)構(gòu)。

結(jié)果顯示，在費(fèi)米能級(jí)附近，同樣有平坦帶的出現(xiàn)。不過，對(duì)于 LK-99 是否具有超導(dǎo)性能，該實(shí)驗(yàn)室并未給出明確的結(jié)論。

但同樣在國內(nèi)，北航的實(shí)驗(yàn)卻給出了相反的答案：LK-99 非但沒有室溫超導(dǎo)性能，反而表現(xiàn)出了半導(dǎo)體的特性。

再次強(qiáng)調(diào)一下目前的結(jié)論：僅靠這個(gè)視頻驗(yàn)證邁森納效應(yīng)是不足夠的，還需要更多的樣品和實(shí)驗(yàn)。但應(yīng)該是有一些希望的。

不管你信不信，反正股市是信了。

室溫超導(dǎo)有什么用？

直接點(diǎn)說，如果有比較低成本的材料獲得室溫超導(dǎo)體，那么將改變很多行業(yè)，特別是和電應(yīng)用的行業(yè)。這作用堪比奧本海默發(fā)明原子彈，圖靈制作計(jì)算機(jī)，屠呦呦提取青蒿素，大語言模型訓(xùn)練出 ChatGPT 一樣。

全球經(jīng)濟(jì)為何增長乏力，和全球政治格局有關(guān)，但也和底層科學(xué)已經(jīng)很多年沒有突破有關(guān)。

而就在 2022 年末到 2023 年，已經(jīng)有兩個(gè)突破讓人類看到了希望，一個(gè)是 AI，一個(gè)就是這次的室溫超導(dǎo)。

第一個(gè)改變的是所有電的傳輸。

超導(dǎo)體，簡單說就是它的電阻很小，導(dǎo)電過程中能量的損耗很低。常規(guī)導(dǎo)體導(dǎo)電過程中，電阻大就會(huì)發(fā)熱，隨著距離邊長，發(fā)熱就更多，損耗就更大，長距離傳輸電甚至損耗會(huì)達(dá)到 50%，目前解決的辦法就是改變導(dǎo)線的面積，或者通過高壓輸電，所以我們常規(guī)見的遠(yuǎn)程輸電，就是從發(fā)電區(qū)高壓輸出，到入戶時(shí)再降低電壓，才能使用，如果有了低成本的常溫超導(dǎo)，那么電阻幾乎沒了，就不用變壓器輸電了，這就可以節(jié)約很多成本和損耗。

第二個(gè)相關(guān)的是芯片。

CPU 超頻，最大的問題就是散熱問題，但如果常溫超導(dǎo)，那么散熱問題就幾乎沒有了，芯片速度還可以提高，還可以再縮小。

第三個(gè)是磁懸浮運(yùn)輸。

有了低成本的常溫超導(dǎo)，就可以維持強(qiáng)電流，而強(qiáng)電流可以產(chǎn)生強(qiáng)磁場，那么磁懸浮列車的制造成本將大幅下降，甚至磁懸浮電動(dòng)車都可以造起來。

第四個(gè)是可控核聚變。

可控核聚變的實(shí)驗(yàn)難度取決于維持上億度高溫，目前用的一個(gè)方法是創(chuàng)造一個(gè)超強(qiáng)磁場，是地球磁場的幾十萬倍，而目前的常用導(dǎo)體材料是達(dá)不到相應(yīng)需要的電流承載的，而且對(duì)成本的影響是天壤之別。譬如，實(shí)現(xiàn) 20 特斯拉磁場，用傳統(tǒng)銅導(dǎo)線，不僅需要很大的面積，還需要 2 億瓦電，而目前最新的低溫超導(dǎo)只需要 30 瓦電，這一個(gè)小時(shí)就可以節(jié)約 20 萬度電，這給可控核聚變的研究突破帶來了可能。

第五個(gè)是類似核磁共振的醫(yī)療設(shè)備。

目前 MRI 核磁共振都是用的液氦 + 液氮冷卻的超導(dǎo)體，通過強(qiáng)電流產(chǎn)生強(qiáng)磁場，然后圖像才能看得更加清楚，而常溫超導(dǎo)就可以節(jié)約液氦液氮等冷卻液的費(fèi)用，這可是一大筆成本，以后核磁共振設(shè)備會(huì)更加普及，而且也不會(huì)因?yàn)閹Я私饘龠M(jìn)去而被迫關(guān)機(jī)導(dǎo)致巨大損失。（MRI 核磁共振設(shè)備磁場非常強(qiáng)大，一旦吸上去，就拿不下來，除非關(guān)機(jī)，但關(guān)機(jī)一次成本巨高。）

第六個(gè)是儲(chǔ)能。

電一旦輸入后，只要不超過臨界電流，就可以在超導(dǎo)線圈里永遠(yuǎn)轉(zhuǎn)下去，對(duì)于電輸出時(shí)的損耗也可以幾乎忽略不計(jì)，這對(duì)未來電存儲(chǔ)，電運(yùn)輸，電價(jià)都有深遠(yuǎn)的影響。

第七個(gè)是超導(dǎo)量子計(jì)算機(jī)

這個(gè)作用就更大了，計(jì)算能力超強(qiáng)，如果配合上 AI 訓(xùn)練，那很多 AI 應(yīng)用就能實(shí)現(xiàn)了。

總之，從商業(yè)角度看，以上哪個(gè)應(yīng)用不是萬億級(jí)別的體量。不過，目前室溫常壓超導(dǎo)還僅僅停留在理論階段，但只要接近常溫常壓，那節(jié)約的成本也是萬億計(jì)算的。對(duì)于這次的探索，我們還是抱著開放的態(tài)度去看，科學(xué)實(shí)驗(yàn)嘛，都是大膽假設(shè)，小心求證。

題外話

這次韓國的實(shí)驗(yàn)，還是中國的華科，中科大，北航等復(fù)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)，雖然不是正規(guī)的學(xué)術(shù)論文，但都通過互聯(lián)網(wǎng)發(fā)布，甚至通過了 B 站這樣的視頻平臺(tái)發(fā)布，未來的科學(xué)實(shí)驗(yàn)發(fā)布可能會(huì)更加緊密的和互聯(lián)網(wǎng)，視頻直播等非傳統(tǒng)方式公布并傳播起來。

科學(xué)研究雖然需要靜下心來，但是發(fā)布成果卻是要搶先的，因?yàn)閷W(xué)術(shù)界也是只論第一，不看第二的。

總之，不管是當(dāng)年的太空探索，核能，計(jì)算機(jī)等軍備競賽一樣，如今的人工智能，室溫超導(dǎo)已經(jīng)誘發(fā)了新一輪的全球競賽，我們只是希望競賽結(jié)果能造福人類，縮小貧富差距，實(shí)現(xiàn)向更廣闊星辰大海的探索夢想。