「常溫超導體」火爆全球 物理學「聖杯」將啟動第四次工業革命?
人類會見證超導時代的到來嗎?
從 7 月底開始,「常溫超導」風暴席捲全球,南韓團隊在 arXiv 網站上傳了兩篇論文,宣稱成功研發全球第一個常溫常壓超導體——改性鉛磷灰石晶體結構(LK-99),震驚世界。
LK-99 是由鉛磷灰石稍加變動的六方結構,引入了少量的銅,使其可以在攝氏 127 度以下表現出超導性。
常溫超導體被視為現代物理學「聖杯」之一,南韓研究團隊投下的震撼彈再次引爆物理學界。
南韓研究團隊的 LK-99 讓人難以置信,在於其不僅解決溫度問題,甚至不需要「高壓助手」。而攝氏 127 度的 Tc(Tc 超導轉變溫度,也就是超導體由正常態進入超導態的溫度),不僅僅是數字上比以往研究進一步大幅提高,更重要的是可應用的溫度區間大大拓寬。
簡單來說,這項頗具科幻色彩的技術,能在常溫下讓電子飛快通過,沒有電阻,沒有能量消耗,將顛覆現有電力系統。室溫超導的實現,將改變能源、資訊處理與傳輸體系,並促進醫療檢測、高速交通乃至可控核聚變等領域的進步。
美國勞倫斯伯克利國家實驗室(LBNL)研究人員 7 月 31 日在 arXiv 提交了標題為《銅摻雜的鉛磷灰石中相關孤立扁平帶的起源》(Origin of correlated isolated flat bands in copper-substituted lead phosphate apatite)的論文。
研究人員表示,運用密度泛函理論(DFT)和 GGA+U 方法進行計算,為近期南韓研究團隊所謂的「室溫常壓超導材料」提供理論依據。計算結果顯示,LK-99 可能存在超導性能。
為什麼人類如此渴望室溫超導?
據《華爾街見聞》報導,專家認為,如果有人能夠攻破室溫常壓超導,並最終實現商用,其巨大價值很可能啟動「第四次工業革命」。
「超導體」能夠在特定溫度下保證電阻為零,具零電阻、完全抗磁性等特徵,能被廣泛應用於儲能、磁懸浮列車、電力輸送、核磁共振等領域。
中郵證券指出,室溫超導意味著超長距離無損耗輸電得以實現,這將引起全球電力網新一輪的基建狂潮。除此之外,超導磁體、超導電纜、超導磁懸浮列車等方面均將有所突破。
以磁懸浮列車為例,日本的低溫超導型磁懸浮技術,利用超導材料做成超導線圈,透過在車廂上安裝製冷機,保證超導線圈能處於低溫超導狀態。
東吳證券則表示,實驗結果從實驗室走到商業化應用放量,需要一定時間。因此,即使室溫超導材料得到驗證,室溫超導的商業化落地時間還無從判斷。
東吳證券說,現階段室溫超導材料製備成本高昂,批量化加工技術尚未成形,且使用穩定性仍需大量驗證。目前業界能夠實現大規模商業化落地的超導技術,仍然以低溫超導和高溫超導為主。
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