搜狐科技《思想大爆炸——對話科學家》欄目第20期，對話南京大學教授、超導材料和物理研究中心主任聞?；?。

嘉賓簡介

(資料圖片)

聞海虎，南京大學物理學院教授、南京大學超導材料和物理研究中心主任、美國物理學會會士，曾獲海外華人物理學會亞洲成就獎、國家自然科學獎一等獎和二等獎等。曾擔任中國科學院物理研究所超導國家重點實驗室主任。主要研究領域為探索合成新型超導材料和研究超導物理。

劃重點

1.如果能做到室溫超導，將大幅度降低材料使用成本，如制冷成本，也將創(chuàng)造更多應用場景，有可能開啟第四次工業(yè)革命，是我們大家夢寐以求的事情。

2.室溫超導被稱為“圣杯”，想獲得當然沒那么容易。目前對于超導的理解是基于‘庫珀對’導電，在高溫度環(huán)境下形成穩(wěn)定的庫珀對還是很難的。因為溫度越高，原子振動越厲害，就把傾向于形成電子庫珀對的能力破壞了。

3.剛剛出現(xiàn)的理論研究只能作為佐證或輔助性說明。這類文章比較多，支持但是并非證明了該室溫超導。

4.室溫超導也許要沿著電子關聯(lián)和氫元素多元材料方向發(fā)展，這些方向是值得深入研究的。

5.室溫超導的研究一定要做到“有理”和“有度”，“有理”是指大家做的研究要符合“超導之理”和“材料科學之理”。“有度”是指不能帶節(jié)奏地炒作，尤其是與資本市場結合時，不要歪曲事實，要用實驗數(shù)據說話?！坝卸取币舶ú灰诳茖W研究中帶有民族國家的歧視，一切有實質性的科學都是歡迎的，不管來自哪個國家。

出品｜搜狐科技

作者｜鄭松毅

編輯｜楊錦

零電阻、無損耗、通電不發(fā)熱，這樣的材料，讓無數(shù)科學家矢志以求。如果還能在高于 0°C的工作溫度下表現(xiàn)出超導性，則更加令人激動。然而，燒壞了諸多“爐子”后，室溫超導這一“物理學的圣杯”依然未被拿下。

繼年初迪亞斯的“虛驚一場”后，近日，來自韓國的室溫超導團隊發(fā)表的一篇論文再起風云，引來全球眾多研究機構開展重復實驗，試圖探尋改性鉛磷灰石（LK-99）室溫超導的真相。

圍繞當前已完成的改性鉛磷灰石室溫超導重復實驗結果，以及室溫超導新材料研究方向等話題，搜狐科技與南京大學教授、超導材料和物理研究中心主任聞?；⒄归_了深度對話。

聞?；⒈硎荆?strong>從目前重復實驗結果來看，還沒有出現(xiàn)明確證明LK-99是室溫超導的證據，如真正的零電阻和超導狀抗磁現(xiàn)象，當然樣品還有可能不完全一樣。“判斷材料是否為超導體需具備兩個條件——零電阻和完全抗磁性，從目前重復實驗結果來看，LK-99并沒有滿足上述條件。”

8月1日，華中科技大學常海欣教授團隊直播演示LK-99驗證實驗，畫面中LK-99晶體在磁體的影響下被認為表現(xiàn)出了抗磁性并呈磁懸浮態(tài)。聞海虎認為，該現(xiàn)象僅僅證明該材料有磁性，多半是抗磁性，但是證明不了是超導磁懸浮，有可能是像有些材料中的軌道電流形成的抗磁現(xiàn)象。

“如果你認真去看，當磁場靠近時晶體是立了起來，但如果是超導的話，應該整體懸浮起來，并且浮起來后應該很穩(wěn)定地懸著，想把它拿開或是再靠近都是很困難的?！彼麖娬{，很多人認為磁懸浮是由邁斯納效應造成的，但實際上磁懸浮是由磁通釘扎效應造成的。

他認為，該晶體能立起來有兩種可能，其一是該材料具有弱鐵磁性，有弱鐵磁性的樣品在磁體表面也會立起來。第二種可能是它具備抗磁性，但不像超導類抗磁。

美國勞倫斯伯克利國家實驗室（LBNL）發(fā)文表示，其使用了密度泛函理論（DFT）和GGA+U方法進行了計算，看起來似乎為近期韓國團隊所謂的“室溫常壓超導材料”提供了理論依據。聞海虎認為，“理論研究只能作為佐證或輔助性說明，這類文章以前也比較多，但是不能就一定出現(xiàn)超導。如果這件事引起轟動，我覺得跟物理學領域的發(fā)展是不相符合的。”

在聞海虎看來，北航和東南大學的實驗做的都很漂亮，用科學嚴謹?shù)膶嶒灢襟E證明了LK-99不具備室溫超導特征，與韓國發(fā)表的論文中展現(xiàn)的實驗結果大相徑庭，令人不得不懷疑韓國團隊用四探針法（four-probe resistivity and magnetometry）進行測量時是否出現(xiàn)了錯誤。最新的東南大學顯示的數(shù)據在110K電阻以及變得很小，是否是超導體，還未可知。相比較下，他認為韓國研究團隊在論文中的表述是非常不嚴謹?shù)模]有說清楚在材料制備過程中，高溫下試管如何破裂以及混入了多少氧氣，也沒有進一步說明“提純”提的是什么。他表示，接下來會繼續(xù)進行實驗，觀察這些影響因素導致的結果。

“如果（已經）證明了LK-99不是超導體，想在這個材料的基礎上改一改實現(xiàn)超導的幾率我認為幾乎沒有?！?/p>

除了LK-99，是否還有其他材料具備實現(xiàn)室溫超導的潛力？

聞海虎認為，富氫材料仍是一個值得研究的方向，如果變成多元以后，有沒有可能在富氫材料中找到常壓下結構既穩(wěn)定又超導（的材料）。第二個是利用磁交換作用實現(xiàn)高溫度超導的研究也沒有上限，甚至有達到室溫的可能性，這個大家也都在做。

低溫超導和高溫超導（高溫超導的材料是指在室溫以下,但是高于40K溫度的范圍內,具有超導特性的材料）都被實現(xiàn)過，為什么室溫超導如此難以實現(xiàn)？聞?；⒔忉尩馈?strong>既然室溫超導被稱為‘圣杯’，那想獲得當然就沒那么容易。目前對于超導的理解基本上是基于‘庫珀對’導電，在高溫度環(huán)境下形成穩(wěn)定的庫珀對還是很難的。因為溫度越高，原子振動越厲害，就把傾向于形成電子庫珀對的能力破壞了。”

超導材料的應用前景廣闊，聞?；⒔榻B，超導應用分為“強電應用”和“弱電應用”以及“其他應用”，“強電應用”包括但不限于超導儲能、超導電纜等，“弱電應用”有超導濾波器（民用通訊基站、雷達和導彈制導）、超導SQUID器件（深海潛艇探測、心臟和大腦磁譜儀）等，“其他應用”包含超導磁懸?。ù艖腋×熊?、軍用陀螺）等。

他表示，如果能做到室溫超導，將大幅度降低材料使用成本，如制冷成本，也將創(chuàng)造更多應用場景，有可能開啟第四次工業(yè)革命。

聞?；娬{，室溫超導的研究一定要做到“有理”和“有度”，“有理”是指大家做的研究要符合“超導之理”和“材料科學之理”。“有度”是指不能帶節(jié)奏地炒作，尤其是與資本市場結合時，不要歪曲事實，要用實驗數(shù)據說話。他補充道，“有度”也在建議不要在科學研究中帶有民族國家的歧視，每個國家都有優(yōu)秀的科學家，歧視行為實際上是犯不著的，也是不應該的。

一、 “華科大的實驗不像超導磁懸浮，如果是超導，應該整體懸起來?！?/strong>

搜狐科技：韓國最新室溫超導的研究聲稱在常壓條件下，一種改性的LK-99能夠在127℃以下表現(xiàn)為超導。隨后，美國勞倫斯伯克利國家實驗室（LBNL）的計算機模擬結果從理論上支持LK-99可能為室溫超導體。但該研究結果仍存在爭議，有專家認為這可能是超導假象，從電阻、磁化和磁懸浮三個考核標準來看，重復實驗結果都不足以說明它是超導材料。您認為判斷該材料是否為超導材料的評判標準是什么？

聞海虎：鉛磷灰石是7月22日由韓國研究小組Quantum Energy Research Center（量子能源研究中心）及其他單位的韓國科學家發(fā)現(xiàn)的。鉛磷灰石其實有點像磷酸鉛摻了部分銅。它的分子式看起來比較復雜，但分了三個步驟去制備并不是很困難，都是馬弗爐就能燒，有些地方需要真空，有些他說甚至放在空氣里就能燒。

我們知道超導有兩個重要判定因素，一個是零電阻，另一個是完全抗磁性。同時，二類超導體有磁通，我們叫磁通釘扎，造成磁懸浮。所以磁懸浮不是邁斯納效應造成的，而是磁通釘扎效應造成的，我必須要澄清一下概念。即便你看到磁懸浮不證明它是邁斯納效應，磁通釘扎效應的磁場遠遠高于邁斯納磁場。

從電阻來看，我選擇一條電阻曲線（聞?；⒂肞PT展示韓國團隊研究結果數(shù)據圖），這個地方在400K，100多度的時候突然有一個陡降，陡降之后到了一個低電阻態(tài)。在低電阻態(tài)時，還是能看出來它的電阻或高或低。到某些地方，比如到20多度的時候，電阻看起來像零，這個地方要小心，因為縱軸表示的電阻率是非常大的量級，那么在這時候如果放大來看的話，電阻是不是零就不一定了。它現(xiàn)在還沒有一套讓我們相信是完全零電阻的數(shù)據。因此要看看這個小電阻會小到什么地步很重要，有可能就是小電阻的非超導態(tài)。

第二個就是抗磁性，數(shù)據顯示的是負的磁化，表明它是抗磁。但這種抗磁不足以說明它是超導抗磁或超導磁懸浮，因為超導抗磁或磁懸浮有本身的特色。

另外還發(fā)現(xiàn)他們的樣品有一個跌落過程，當這個磁體挪到邊上，突然跌落，這個過程超導體的磁懸浮是不會出現(xiàn)的。因為超導體有磁通釘扎效應，即便這個地方磁場低一點也不會跌落。我猜測要么是弱鐵磁，要么是抗磁，但不是超導抗磁。

搜狐科技：從目前重復實驗的結果來看，LK-99是否具備室溫超導特征？

聞海虎：這個問題問的非常好，韓國人早期的數(shù)據是說它有超導，我們國家現(xiàn)在有好幾個組已經重復了實驗，包括東南大學、北航等。從目前這些實驗數(shù)據來看，都是沒有超導表現(xiàn)，只有昨天華科的老師顯示一個小的晶體材料在磁體去靠近的時候能夠立起來。

按照我的經驗判斷，該現(xiàn)象并不是超導磁懸浮，而有可能是像軌道電流抗磁的一種抗磁現(xiàn)象。如果你認真去看，當磁場靠近時晶體是立了起來，但如果是超導的話，應該整體是懸浮起來，并且浮起來后應該很穩(wěn)定地懸著，想把它拿開或是再靠近都是很困難的。

晶體能立起來有兩種可能，其一是該材料具有弱鐵磁性，有弱鐵磁性的樣品在磁體表面也會立起來。第二種可能是它具備抗磁性，但不是超導類抗磁，超導類抗磁因具備磁通釘扎特性是非常穩(wěn)定的，而視頻中晶體的懸浮狀態(tài)看起來并不穩(wěn)定。

搜狐科技：美國勞倫斯伯克利國家實驗室（LBNL）的計算機模擬結果從理論上支持LK-99可能為室溫超導體，您怎么看？

聞?；ⅲ何覀內鹊娜耸沁@樣一個態(tài)度，認為理論可以作為佐證或是輔助性說明。文章中提到了“flat band（平帶）”，對別的材料如果發(fā)現(xiàn)一個平帶，有時人們也總會去argue它可能會形成一個奇異電子態(tài)的材料，可能幫助形成超導。

因此，我認為這么一篇理論文章只能作為一個佐證和說明，如果這件事引起轟動，我覺得是跟物理學領域的發(fā)展是不相符合的。昨天我聽說國際股市大漲，我覺得也很蹊蹺，如果僅是因為一篇理論文章的話我覺得不至于。

搜狐科技：您覺得北航和東南大學的重復實驗做的怎么樣？

聞海虎：北航和東南大學的實驗做的都是很漂亮的，至于做出來的結果顯示的是半導體而不是超導，一開始被說是樣品和韓國的不一樣，那韓國人后來講了幾句“不可琢磨”的話，說要管子破裂才能形成相，然后還要氧氣進去。究竟多少氧進去，什么狀態(tài)的氧進去，在什么溫度下進去都沒有說清。要用科學的術語，科學規(guī)范地去做。

我覺得北航和東南大學的工作做的都很規(guī)范，我看了結構衍射圖，意味著結構衍射圖中的成分與韓國人的結果類似，但現(xiàn)在并無超導表現(xiàn)，甚至不導電。東南大學最新的一組數(shù)據顯示了一個小電阻態(tài)，但是沒有超導磁滯回線作證，也許就是小的組態(tài)，而非超導。我們圈子里的人甚至在懷疑，韓國團隊用針尖做四探針法（four-probe resistivity and magnetometry）進行測量時是否出現(xiàn)了錯誤。

韓國人也在說“不斷提純”，我覺得這也不是一句科學術語，怎么提純？把什么相提純出來？這些都需要用科學規(guī)范的術語說，而他們沒有敘述詳細的過程。

我們現(xiàn)在也在這樣做，甚至想打破一個管子看看，然后想測那個低阻態(tài)，看看究竟是低阻態(tài)還是超導態(tài)，這是我們下一步想做的。韓國人說要一個月來驗證也是莫名其妙的一個說法，大家掌握了訣竅很快就能做出來，并不是很難。

二、“室溫超導能節(jié)省成本有希望帶來第四次工業(yè)革命”

搜狐科技：了解您的團隊也正在進行重復實驗，能否請您總結下LK-99的過程中有沒有遇到什么困難點？

聞海虎：它分為幾個步驟，首先用氧化鉛加硫酸鉛生成中間物lanarkite，第二個步驟也比較簡單，就是把磷和銅放在一起生成銅三磷。這兩個步驟都是容易操作的，我們都做的很好。

再到下一步有一個問題，如果用銅三磷和lanarkite材料來化學配平的話，就會發(fā)現(xiàn)配不平，直接配平的話容易產生很多雜質，那么除了以上兩種化合物，有的組就想到添加一個其他化合物進行配平，最后得到一個干凈的東西。最好不要形成固體化合物夾雜在里面，會干擾成分分析。

搜狐科技：低溫超導和高溫超導都曾被實現(xiàn)過，為什么人類還要一直追求實現(xiàn)室溫超導？

聞?；ⅲ旱蜏爻瑢w要用液氮來運行，成本非常貴。高溫超導體雖然說溫度是高于液氮溫度了，但還是要用液氮，成本也是很高，當進行長距離輸電時是做不到的，因為不能每50米搞一個基站來提供液氮，這個技術難度很大。

因此，就要找溫度在室溫，比如300多K，并且不加壓的，就是環(huán)境壓力（1個大氣壓）就能用的超導材料，這個就不得了，極有可能造成第四次工業(yè)革命。

搜狐科技：室溫超導被稱為百年物理學領域的“圣杯”，但為何遲遲沒有得以實現(xiàn)？室溫超導實現(xiàn)的“瓶頸”在于什么？

聞?；ⅲ杭热槐环Q為‘圣杯’，那想獲得的話就沒那么容易。目前對于超導的理解基本上是‘庫珀對’導電，在高溫度環(huán)境下形成穩(wěn)定的‘庫珀對’還是很難的。因為溫度越高，原子振動越厲害，就把傾向于形成電子庫珀對的能力破壞了。

室溫超導是一個極具挑戰(zhàn)性的重大科學問題，但又不是不可能實現(xiàn)的。

對于室溫超導這個事情，我倒有一個觀點。室溫超導的研究一定要做到“有理”和“有度”，“有理”是指大家做的研究要符合“超導之理”和“材料科學之理”。“有度”是指不能帶節(jié)奏地炒作，尤其是與資本市場結合時，不要歪曲事實，要用實驗數(shù)據說話。“有度”也包括不要在科學研究中帶有民族國家的歧視，每個國家都有優(yōu)秀的科學家，歧視行為實際上是犯不著的，也是不應該的。一切好的科學，有實質性的科學都是受歡迎的，不管來自哪個國家。

搜狐科技：退一步來說，假設韓國的此次研究未通過重復實驗的考驗，其是否給室溫超導的研究帶來了新思路？能否在LK-99材料基礎上加以改造，從而實現(xiàn)更接近室溫超導的材料？

聞?；ⅲ阂环矫婵梢陨钊胙芯肯聫母咦钁B(tài)到低阻態(tài)的轉變是什么，低阻態(tài)從技術上來說有沒有應用價值。另外是它具備抗磁性，據我所知目前抗磁性的材料還不是很多，能否利用它的抗磁性實現(xiàn)一些應用也值得做一做。

但是，如果證明了LK-99不是超導，想在這個材料的基礎上改一改實現(xiàn)超導的幾率我認為幾乎沒有。

三、“富氫材料是室溫超導值得研究的方向。”

搜狐科技：除了LK-99，還有沒其他材料有可能實現(xiàn)室溫超導？

聞?；ⅲ焊粴洳牧先允且粋€值得研究的方向，如果變成多元以后，有沒有可能在富氫材料中找到常壓下結構既穩(wěn)定又超導（的材料），這個不能放棄。

第二個是利用磁交換作用實現(xiàn)高溫度超導的研究也沒有上限，甚至有達到室溫的可能性，這個大家也都在做。比如最近除了銅基，中山大學在鎳基里面做了開創(chuàng)性的工作，突破了液氮溫度，但離室溫還有些距離。

搜狐科技：很多人說超導的應用前景廣闊，極具吸引力，能否請您介紹下超導的應用場景？

聞?；ⅲ撼瑢梅譃椤皬婋姂谩焙汀叭蹼姂谩币约啊捌渌麘谩保皬婋姂谩卑ǖ幌抻诔瑢δ?、超導電纜等，“弱電應用”有超導濾波器（民用通訊基站、雷達和導彈制導）、超導SQUID器件（深海潛艇探測、心臟和大腦磁譜儀）等，“其他應用”包含超導磁懸浮（磁懸浮列車、軍用陀螺）等。

再比如大型的超算，超算里面有很多的芯片，以及很多電路板，那些密密麻麻的元器件是發(fā)熱的，中間導通部分用的是常規(guī)的金屬，那你用室溫超導體的話這個熱量就省下來了，很可能大大提高它的計算容量和空間密度，從而提高計算能力。

如果能做到室溫超導，將大幅度降低材料使用成本，如制冷成本，也將創(chuàng)造更多應用場景，有可能開啟第四次工業(yè)革命。

搜狐科技：為什么室溫超導研究領域會頻繁出現(xiàn)“學術烏龍”事件？

聞?；ⅲ何艺J為是欲望和利益。其中一個欲望就是諾獎，誰第一個發(fā)現(xiàn)室溫超導就很大概率能獲得諾獎。另外，就是其商業(yè)價值很大，很多人急于求成。

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