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7月22日,韩国研究团队在预印本网站arXiv发表论文,声称合成了全球首个室温常压超导体。该论文作者为韩国首尔量子能源中心的材料科学家Sukbae Lee、Ji-Hoon Kim以及高丽大学的Young-Wan Kwon。他们表示,在常压条件下,一种改性的铅磷灰石(LK-99,以Lee和Kim的首字母命名)能够在400K(127℃)以下表现为超导体。
此消息一出,即引发广泛讨论。在团队公布的首篇论文附加的视频中,LK-99样品的悬浮情况并不完美,仍有一边似乎接触磁铁。就该情况,作者称,这表示样品并不完美,只有一部分成为超导体并表现出迈斯纳效应。全世界范围内众多研究小组在论文发布后的一周内快马加鞭对此研究进行复现,韩国团队也表示将对LK-99的制作过程进行指导,与全球研究团队共同为人类的进步做出努力。
截至8月1日,至少又有3篇与LK-99相关的新论文在预印本网站arXiv上公开。其中两篇来自中国,分别由来自北京航空航天大学材料科学与工程学院和中国科学院金属研究所沈阳材料科学国家研究中心的科研人员完成;另一篇来自美国,由美国劳伦斯伯克利国家实验室研究员西尼德·M·格里芬(Sinéad M. Griffin)完成,其结果在理论上支持LK-99的室温超导特性。
8月1日下午,B站up主“关山口男子技师”发布视频,表示华中科技大学材料学院博士后武浩、博士生杨丽,在常海欣教授的指导下,成功首次验证合成了可以磁悬浮的LK-99晶体。该晶体悬浮的角度比韩国团队Sukbae Lee等人获得的样品磁悬浮角度更大,有望实现真正意义的无接触超导磁悬浮。然而,在发表磁悬浮视频的2个小时之后,B站up主“关山口男子技师”又发布了一条补充视频。在新视频中,磁体放置在样品上方,没有看到样品有明显反应,仍不能定论LK-99有室温超导特性。目前,华中大的实验室已经在制备新一批样品,希望能进一步测量出LK-99的电阻特性。
“室温超导”,会带来什么变革?
超导,全称为超导电性,是指在一定条件下电阻等于零,电流可在其间无损耗流动的现象。具备这种特性的材料被称为超导材料或超导体。
超导体具有零电阻、完全抗磁性和量子隧穿效应三大特性,这使其区别于普通材料,有着独特的应用场景。基于超导材料的零电阻性质和完全抗磁性,在超导材料中加载大电流,可以实现大电流输运、强磁场、磁悬浮等颠覆性技术;基于量子隧穿效应,超导能够应用于量子计算和实现弱磁场探测。因此在商业中,超导材料被广泛应用在电力传输、医疗器械、电子通信、国防军事、科学研究等多领域。
目前,实现超导的技术手段有两种,即超低温和超高压,而利用超低温实现超导的方式又可以分为低温超导(材料临界温度≤77K)和高温超导(材料临界温度>77K)两种类型。目前全球超导市场以低温超导为主,我国低温超导开发和制备技术处于世界前列,高温超导技术应用同样快速发展。室温常压超导如果实现,带来的不仅仅是商业应用领域的震动,其影响可以说是开启了第四次工业革命,人类的生产与生活都将在此影响下进入革命性的新纪元。在室温超导材料助力下,能源、交通、医疗等领域将发生巨大变革。
在能源方面,常温可控核聚变将得以实现,核聚变发电可以投入商用,发电成本有望大幅下降;能源利用效率空前提高,输电网传输损耗得以成几何数降低,电力价格有望下降到极度低廉的水平;而电能的极度廉价,又将为人类带来巨大的福利。
然而,省电可能是常温超导技术最不起眼的作用。在农业和环境领域,用电成本下降后,电淡化海水可以解决水资源短缺问题,让荒漠变成绿洲;移动式光源可促进立体种植,增加粮食和蔬菜产量;电能合成淀粉将提供更多的饲料,带来养殖业的繁荣。
在交通和医疗等方面,高速磁悬浮列车将成为可能、磁共振成像等高端医疗设备将更加普及,交通和医疗这些与人民生活息息相关的产业将变得更加普惠。
超导概念股狂涨,市场备受关注
今年3月,纽约罗彻斯特大学物理学家Ranga Dias及其团队宣称通过使用由氢、氮和镥制成的新材料,在1GPa压强条件和294K(即21摄氏度)的常温条件下观察到该材料的超导特性。尽管此成果仍遭受业界众多质疑,但市场已经对此迅速做出反应。3月9日,港股市场上,浦江国际盘中一度大涨超60%。原来该小盘股拥有上海国际超导科技有限公司40%的股权。
这一次的“室温超导材料”也不例外,在利好消息的刺激下,超导概念股近一周以来大涨,中孚实业、百利电气、东方钽业、永鼎股份等个股涨停。此外,美股小盘股美国超导,一度盘前拉了150%,开盘后回落到60%左右,可以一定程度上反映市场对超导这个题材的情绪起伏。
就在韩国团队的研究真假还未有定论之际,美国研究公司迅速跟进。北京时间8月1日凌晨,位于美国的泰吉量子公司公布照片称,新发现一种石墨烯泡沫材料可实现室温超导,同时公司已经获得了一项关于室温超导材料的重要专利,这可能意味着该材料将进入生产阶段。消息传出后,美国超导美股盘前延续涨势,涨幅一度扩大至130%。
8月1日,美国超导保持强势,收涨60%。近5个交易日,该股累计上涨约130%,目前股价已接近近三年高位。
随市场热度提升,国内多家上市公司也回应相关业务。国内超导龙头联创光电表示,室温超导材料如果成真,将对公司现有的高温超导方案进行革新,降低成本,创造更广阔的市场空间。但短期来看,室温超导对公司而言可能是一个热点,但对业务而言暂无明显促进作用。因为新材料从出现到真正实现工业应用,可能需要二三十年的时间。例如上世纪90年代发现的高温超导材料钇钡铜氧,历经二三十年的孵化后才成为成熟带材,可供企业应用到商业生产中。
目前,与室温超导材料有关的复现实验仍在全世界范围内紧锣密鼓地进行着,让我们拭目以待!
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