大白话科普：啥是室温超导，和我们有何关系，过往有哪些探索
7月22日，韩国一科研团队在arXiv 网站发表论文《第一个室温常压超导体》宣称，在常压条件下，一种改性的铅磷灰石(LK-99)能够在400K(127°C)以下表现为超导体。虽然“有图有真相”，但不少科学家还是提出质疑，认为该论文及视频都存在问题，连韩国超导低温学会8月3日也表示，LK-99不足以证明是室温超导体。
那么，什么是“室温超导”？物理界是如何评价韩国的研究成果的？如果真的实现室温超导，我们的生活将发生什么变化？人类在室温超导方面已经做过哪些努力呢？南都新知为你科普。
什么是室温超导？
想知道什么是室温超导，先得知道什么是超导。
我们根据电阻大小，通常将材料分为导体、半导体、绝缘体。而超导，顾名思义是指“超级导电”。能超级导电的物体有两个基本的特性：一是零电阻，二是完全抗磁性。
先来看看零电阻。我们知道，一个材料是由原子组成的，如果电子在材料里“跑”，必然会受到一定的阻碍，这种阻碍就叫电阻。所以，要是电子可以“随意穿梭”没有阻碍，材料自然就会有最好的导电效果了。但问题来了，世界上存在这种材料吗？需要什么条件下才能达到零电阻呢？
超导体电阻随着温度下降而下降，到某一温度，电阻会突然变成零。图/中国科学院高能物理研究所
荷兰物理学家卡末林·昂内斯（Heike Kamerlingh Onnes）的实验证实，有一种材料，它的电阻随着温度下降而下降，到某一个温度，电阻突然变成了0。这就是人类发现的第一个超导材料——金属汞，即水银温度计里的水银。
荷兰物理学家卡末林·昂内斯因发现第一个超导材料汞而获得1913年诺贝尔物理学奖。图/中国科学院高能物理研究所
接下来看看完全抗磁性。俗话说电生磁，磁生电，电磁不分家，完全抗磁性与零电阻相伴而生。超导在某一温度没了电的阻碍，磁感应也无法生效。如果把超导体放到磁场里，磁通线会绕着它走，无论是先加磁场后降温变超导，还是先降温变超导再加磁场，结果都一样。磁通线进不去，内部的磁感应强度就是零。
1933年，德国科学家迈斯纳发现超导具有完全的抗磁性，这一现象被称为“迈斯纳效应”。图/中国科学院高能物理研究所
综上，电阻是零，磁感应也是零，形成了神奇的超导，让物体能“超级导电”。
那么室温超导又是什么呢？这就涉及到一个很重要的条件——温度。上面提到要想电阻为零，必须要温度下降，到达一个临界的“极致”低温（40K，相当于-233℃，比月球的最低温度-180℃还要低）。所以室温超导指的是在正常温度下（约27℃，300K以上）实现“超级导电”。
但这非常难达到，科学界研究了几十年依然没有突破，这就是为什么韩国的研究成果能引起如此轩然大波。
韩国研究成果为何被多方质疑？
自韩国科研团队宣布成功合成世界上第一个室温常压超导体——LK-99后，各国学者针对LK-99到底是不是室温超导展开了激烈的讨论，并陆续开展复现工作。
虽然美国劳伦斯伯克利国家实验室专家认为LK-99材料在理论层面上确实有可能具有“室温超导”的特性，但国内外大部分的实证和复现实验表明LK-99材料“极大概率”不能实现室温超导。
因为很多复现实验证明，LK-99无法满足零电阻和完全抗磁性。如南京大学超导物理和材料研究中心主任闻海虎表示，通常零电阻态需要通过四点法才能标准地测得，尽管论文也采用了四点法，但论文的其中一图显示了四个尖锐的针尖作电极，这种方法有时会出现问题。同时，它们的数据当中并未发现在低温下有稳定的低噪音的零电阻态，因此从电阻上不足以说明有超导。8月2日，曲阜师范大学复现韩国室温超导体实验结果也公布：LK-99无零电阻特性。
那么完全抗磁性呢？上海大学在高温超导实验室进行的复现工作中发现，所谓“超导材料”在磁矩测量中随温度变化极小，没有出现抗磁性。8月1日，北京航空航天大学材料科学与工程学院研究团队对LK-99检测也发现，它的室温电阻不为零，也没有观察到它发生磁悬浮。上述材料表现出的特征类似半导体，而非超导体。
面对上述的质疑，韩国超导低温学会8月3日表示，LK-99不足以证明是室温超导体，因为在与LK-99相关的视频和论文中，并没有出现迈斯纳效应，即完全抗磁性。
室温超导将如何改变我们的生活？
超导的零电阻和完全抗磁性，可帮了我们大忙。特别是完全抗磁性，导体和磁体一旦位置固定，就会相当地稳定，不需要任何支撑。所以，当室温超导时代来临时，科幻电影里场景不再是梦，我们在家就能看到悬浮的“一切”。
想象一下，以后在家里可以搞一个非常酷的悬浮沙发躺着看电视、嗑瓜子。走出房间，可以看到天上有悬浮的城市，地上有悬浮的汽车，而不只是悬浮的高铁了。
室温超导若实现，则电影里的科幻画面将实现：悬浮的大楼、悬浮的交通。图虫创意供图
此外，一切用到电和磁的地方都可以用到室温超导，其应用范围十分广泛。
在电气领域，现在我们为了减少输电的损耗，只能加几千伏上万伏的电压，即使这样还是会有大约15%的损耗。如果用室温超导，就可以把这个损耗省掉，因为它的电阻是零。15%可能意味着以后人类的能源能多用100～200年。
在医疗领域，我们也可以享受到更全面、更准确的医疗设备和服务。以核磁共振为例，未来或许可以把大脑里面上百亿个神经元全部测清楚。以后想知道你脑袋里想什么，扫一扫就可以了。
在计算机领域，可以使用超导量子器件，比如，把半导体芯片换成超导芯片就可以造量子计算机，其运算速度非常快，用现在的计算机计算可能需要100年，在量子计算机上只需要0.1秒。
在交通领域，我们现在坐高铁，北京到上海最快的速度是350千米每小时，高铁试验的速度能达到450千米每小时。超导磁悬浮列车到底有多快呢？在日本的试验中，速度能达到600千米每小时以上。如果把这个磁悬浮的轨道放在真空管道里面去，没有了空气阻力，速度有多快呢？至少能达到3000千米每小时以上，北京到上海只有半个小时。人可能不敢坐，但用来发快递也挺好的。
在能源领域，超导还可以造“太阳”。太阳本身是一个巨大的核聚变的气球，温度特别高，所以如何把热量装起来成了“人造太阳”的难题。但超导可以解决，超导在极低温条件下具有零电阻效应，可以产生强大的环形磁场，用磁场约束太阳里主要的高温等离子体，同时不让它跟任何东西接触，即保持真空状态，这样就成功地把核聚变的热量“装起来”，做成“人造太阳”。而室温超导能在更小的空间内产生更强的磁场，让“人造太阳”又有了新的可能，未来我们也许就不用再依赖化石燃料能源了。
2023年5月29日在合肥科学岛拍摄的有“人造太阳”之称的全超导托卡马克核聚变实验装置。其内部30个超导线圈在极低温条件下具有零电阻效应，因而可以产生稳态的约束磁场，使聚变堆稳态运行成为可能。新华社发
人类在超导方面做过哪些努力？
早在1911年，荷兰物理学家昂内斯就已经发现，当温度降低至4.2K（约-268.95℃）时，浸泡在液氨里的金属汞，其电阻会消失。至此，汞（水银）成为了科学家找到的第一个超导材料。
但直到1957年，才有了第一个真正能描述超导现象的理论——BCS理论。该理论由三位美国科学家的姓名缩写命名。他们思考的问题正是什么情况下才能达到零电阻——既然一个电子单独“跑”肯定会受到阻碍，两个电子配对跑为什么不会受到阻碍呢？他们就用理论证明了这种“双电子”不收阻的可能性，使得超导的研究迈进了一大步。
2019年，人类对室温超导的研究更进一步。当时美国科学家马杜里·索马亚祖鲁的研究组宣布，十氢化镧（LaH10）在190万个大气压下，可以在逼近常温的260K以上出现超导性，成为了超导临界温度的最高纪录。要知道常温27℃大约是300K，260K已经很接近了。
2020年，罗切斯特大学的兰加·迪亚斯用一种含碳的硫化氢刷新了超导体临界温度的纪录，这种物质的最大临界温度为287.7±1.2K（约15℃），已经可以在正常的且人体能承受的温度中实现超导了。但该研究最终因论文数据处理不合规在两年后被撤稿。
所以，室温超导时代仍未到来，人类的科学探索还一直在路上。
整合：刘兰兰 实习生杨楠
美编：刘妍妍
资料来源：中国科学院高能物理研究所、环球科学、央广网、北京日报、环球时报、中国科学报等