LK-99 的出现，全球都炸锅了，众多有能力的实验室开始纷纷尝试烧一个 LK-99 出来。吃瓜群众也没闲着，早已在网上讨论的“惊天动地”，什么下一次工业革命，美股超导板块暴涨，错过了 AI 浪潮（ChatGPT），誓死不可以再错过超导...

要想了解 LK-99 是什么，首先还是需要先从超导体这个大家族说起。充分了解超导实现条件的苛刻性后，也就能够理解 LK-99 这玩意为啥能引起全球轰动了。

超导体

这部分内容是重要铺垫，有点枯燥，希望大家可以耐心读完。

超导体^[1]（Superconductor）指在特定温度下，呈现电阻（单位为欧姆 [Ω，Ohm]）为零的导体。零电阻和完全抗磁性是超导体的两个重要特性。

• 超导体电阻转变为零的温度，称为超导临界温度，

• 超导材料分为低温超导体和高温超导体。“高温”是相对于绝对零度（−273.15℃）而言的，其远低于冰点摄氏 0℃。科学家一直在寻求提高超导材料的临界温度。

• 2015 年，德国普朗克研究所发现硫化氢（H₂S）在温度 203K（-70°C）、极度高压的环境下（至少 150GPa，也就是约 150 万标准大气压）会发生超导变相。

• 2018 年，德国化学家发现十氢化镧（LaH₁₀）在压力 170GPa，温度 250K（-23℃） 下有超导性出现，是目前已知最高温度的超导体。

• 因为零电阻特性，超导材料在生成强磁场方面有许多应用，如 MRI 核磁共振成像等。

• 零电阻：是指材料在某个特定的状态下（如特定温度和压力下）对电流几乎没有阻力，使得电流可以无阻地流过。在超导状态下，材料的电阻降为零，这意味着电流可以在没有任何能量损失的情况下无限期地在超导材料中流动。例如，如果在超导线圈中启动电流，那么这个电流理论上可以无限期地持续下去，不会因为电阻而减小。

• 抗磁性（Diamagnetic）：是一种物质在磁场中表现出排斥力的性质。这种现象是由于当施加磁场时，抗磁材料中会诱导出一个相反方向的磁场，从而产生排斥力。抗磁体可以在磁场中稳定平衡地悬浮，而不消耗任何能量。

• 抗磁性（Diamagnetism）：也称反磁性，是某些材料处在外加磁场中时，会对磁场产生微弱斥力的一种磁性现象。迈斯纳效应（Meissner effect）或迈斯纳—奥克森菲尔德效应（Meissner–Ochsenfeld effect）是超导体从一般状态相变至超导态的过程中对磁场的排斥现象，在 1933 年时被瓦尔特·迈斯纳与罗伯特·奥克森菲尔德在量度超导锡及铅样品外的磁场时发现。

  
  

• 顺磁性（Paramagnetism）：当材料施加外部磁场时会产生与外部磁场同方向的磁化向量的特性（吸引力），则材料具有正磁化率。顺磁性物质可以被看作是由许多微小的磁棒组成的，这些磁棒可以旋转，但无法移动。在受到外部磁场的影响后其磁棒主要顺磁力线方向排列，但这些磁棒互相之间不影响。顺磁性物质内磁棒的排列性就越强则磁力线强度也越强。热振动会不断地使得磁棒的方向重新排列，磁棒指向不排列的可能性增高（磁力线强度减弱）。

  
  

• 这是一个量子力学效应，存在于所有的材料中。当磁性是唯一贡献时，这种材料被称为抗磁材料。

• 在大多数材料中，抗磁性是一种微弱的效应，通常需要敏感的实验设备才能检测到。超导体是一个例外，它会强烈地表现出抗磁性，因为它可以将内部的任何磁场完全排除出去。

• 在化学中，如果一个粒子（原子、离子或分子）中所有的电子都配对了，那么由这个粒子构成的物质就是抗磁的；如果有未配对的电子，那么物质就是顺磁的。

• 绝对零度（absolute zero）：是热力学的最低温度（热力学温标写成 0K），是粒子动能低到量子力学最低点时物质的温度，绝对零度是仅存于理论的下限值，等于摄氏 −273.15℃ 或华氏 −459.67℉。物质的温度取决于其内原子、分子等粒子的动能。根据麦克斯韦-玻尔兹曼分布，粒子动能越高，物质温度就越高。理论上，若粒子动能低到量子力学的最低点时，物质即达到绝对零度，不能再低。然而，根据热力学定律，绝对零度永远无法达到，只能无限逼近。因为任何空间必然存有能量和热量，不断进行相互转换而不消失。所以绝对零度是不存在的，除非该空间自始即无任何能量热量。在此空间，所有物质完全没有粒子振动，其总体积并且为零（绝对真空）。

• 相变：又称物态变化（Phase Transition），是指物质在外部参数（如：温度、压力、磁场等）连续变化之下，从一种相（态）忽然变成另一种相，最常见的是冰变成水和水变成蒸气。

• 磁共振成像（MRI: Magnetic resonance imaging）：是利用核磁共振（NMR: Nuclear magnetic resonance）原理，依据所释放的能量在物质内部不同结构环境中不同的衰减，通过外加梯度磁场检测所发射出的电磁波，即可得知构成这一物体原子核的位置和种类，据此可以绘制成物体内部的结构图像。

临界温度

以下是超导材料临界温度 Tc 表

室温超导

室温超导体又称常温超导体（Room-temperature superconductor），是指可以在高于 0°C 的温度有超导现象的材料。相较于其他的超导体（如：2018 年发现的十氢化镧在 170 万个标准大气压，摄氏 -23℃ 下出现超导性），是日常较容易达到的工作条件。

• 2020 年，最高温的超导体是超高压的含碳硫化氢系统，压力 267GPa，临界温度为 +15°C。

• 在常压下的最高温超导体是高温超导体铜氧化物（cuprates），在 138K（−135°C）的温度下有超导现象。

• 2023 年 7 月，韩国科学技术院院士李石培等人在 arXiv 上发布了一篇名为 The First Room-Temperature Ambient-Pressure Superconductor^[2]（首个室温常压超导体）的论文，及姊妹论文 Consideration for the development of room-temperature ambient-pressure superconductor (LK-99)^[3]（发展常温常压超导体（LK-99）的思考）。因缺乏超导性的明确标志，如磁场响应和热容量，多位专家对此表示怀疑（之后网上开始不断爆出各种复现实验）。

超导用途

超导现象是指在某些材料中，电阻在低于一定的临界温度时突然消失，这是量子力学的一个重要现象。如果能找到在室温下（一般超导需要高压低温）就能实现超导状态的材料，那将带来巨大的科技革命，解决全球的能源问题，加速电脑的运算速度，开发先进的储存设备，制造超灵敏的传感器等。超导潜力巨大，其意义可与工业革命相媲美。以下是一些超导案例：

• 超导输电线路：理论上，它能消除所有的电能损耗，从而大幅降低发电需求，但高成本和保持低温的挑战使得这一概念尚在研发前沿阶段。

• 超导发电机：超导磁体可用于制造交流超导发电机和磁流体发电机，以提高其效率。

• 超导量子干涉仪（SQUID）：已经实现产业化。作为低温超导材料的主要代表，NbTi 合金和 Nb₃Sn 量子干涉仪在商业领域的主要应用是医疗领域的核磁共振成像（MRI）。在基础科学研究领域，已被用于欧洲的大型强子对撞机（LHC）项目，帮助人类探索宇宙的起源。还被用于探寻地底的石油和矿物。在军事上，它有望增强反潜机探测潜艇的能力（目前在理论阶段）。

• 超导滤波器：已经实现产业化。随着手机和无线网络的普及，大气中的电磁信号变得极其复杂，许多通信设备和气象观测设备受到了干扰。超导滤波器具有强大的滤波能力，可以使这些旧设备重新发挥作用。

• 超导磁悬浮列车：这是超导领域的“圣杯”。超导体天生具有磁悬浮效应，几乎不需要任何机械设计。理论上，我们可以建造出价格极低且速度超过飞机的列车，这将永久改变人类的生活方式。

超导 LK-99

正式切入今天的主题，让全球人民为之疯狂的 LK-99 为何物？

LK-99（Pb₉Cu(PO₄)₆O ）是一种潜在的室温超导体，具有灰黑色外观和六方结构。通过引入少量的铜，对铅磷灰石（Pb₁₀(PO₄)₆O）进行了轻微修改。材料最初由高丽大学的 Sukbae Lee（석배）和 Ji-Hoon Kim（김지훈）等研究人员团队发现并制造的。团队声称它在环境压力（是与物体接触的周围介质的压力，例如气体或液体）和低于 400K (127 °C; 260 °F) 的温度下可充当超导体。截至 2023 年 8 月 2 日，该材料尚完全未被证实在任何温度下都具有超导性。

📌 小知识

LK-99 这个名字来源于发现者 Suk-bae Lee 和 Ji-hoon Kim 的名字首字母以及发现年份 1999 年。

复现尝试

中国

• 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 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。

• B 站视频：【LK-99 验证】^[4]。

• 视频作者在评论区称：目前只验证了迈斯纳效应，只有一片几十微米大小的样品，测电阻需要微纳加个，破坏样品

• 得出结论：视频主要展示了 LK-99 小（< 0.1 毫米）薄片的抗磁性检测，由于样品尺寸较小，正在制作第三批样品来尝试测量电阻。

• 北京航空航天大学：

• 发表论文：Semiconducting transport in Pb_10−xCu_x(PO₄)₆O sintered from Pb₂SO₅ and Cu₃P^[5]。

• 得出结论：没有观察到悬浮或抗磁性。所进行的高电阻率测量与超导性不一致。

• 东南大学：东南大学孙悦教授复现「常温常压超导」全流程，初步结果：无超导，弱抗磁。

• 相关视频【室温超导复现实验-全流程】^[6] 。

• 视频作者在评论区评论：补充一点，视频中忘记说了。样品做了 XRD 结构分析，和论文报道一致，样品成相。希望大家理解，证真容易，证伪难。证伪需要验证所有的可能，要花费很多时间，很多实验团队都在做，现在业内的消息还是没有能证实室温超导的。

• 南京大学

• 南大教授谈韩国室温超导：不像超导，正重复实验^[7]

📌 XRD

XRD（X 射线衍射）是一种用于研究物质晶体结构的实验技术。这种技术的基本原理是利用 X 射线在物质内部散射，由于不同物质的原子排列方式不同，散射的 X 射线形成的衍射图样也会有所不同，通过分析这些衍射图样，就可以得到原子在物质中的排列方式，即物质的晶体结构。

在 XRD 实验中，样品通常被放在 X 射线的直射下。当 X 射线射向样品时，样品内的原子会将 X 射线散射到各个方向。这些散射的 X 射线在空间中相互叠加，形成干涉现象。只有在满足特定条件的方向（即布拉格条件），才会形成强烈的干涉峰，记录这些干涉峰的角度和强度，就形成了 X 射线衍射图谱。通过解析这个衍射图谱，就可以得到关于物质内部结构的信息，如晶格参数、晶面间距等。

在材料科学、地球科学、化学、生物学等许多领域，X 射线衍射都是一种重要的实验技术，用于研究各种物质的内部结构。

印度

• 科学与工业研究委员会（CSIR: Council of Scientific and Industrial Research）- 印度国家物理实验室（CSIR-NPLI：CSIR- National Physical Laboratory of India）

• 发表论文：Synthesis of possible room temperature superconductor LK-99:Pb₉Cu(PO₄)₆O^[8]

• 得出结论：没有观察到悬浮或抗磁性，这可能是由于具有挑战性的铜掺杂所致。通过 XRD 确认结构。

美国

• 阿贡国家实验室（Argonne National Laboratory）：2023 年 7 月 29 日，阿贡国家实验室的理论家迈克尔·诺曼表示，阿贡国家实验室和其他地方的研究人员已经在尝试复制该实验。

• 质疑：美国伊利诺州阿贡国家实验室科学家诺曼（Michael Norman）表示，韩国的论文相当业余，他们对超导性了解不深，且论文提出的部分数据相当可疑。铅磷灰石并非金属，是不具传导性的矿物，因此以铅磷灰石为基础的合成物，本来成功机率就不高。他也认为，韩国以铜原子取代部分铅原子进行结构调整，没太大意义，因为铜、铅电子结构类似（A spectacular superconductor claim is making news. Here’s why experts are doubtful^[9]）

• 瓦尔达航天工业公司（Varda Space Industries）& 南加州大学（University of Southern California）

• @andrewmccalip 推文^[10]

法国

• 法兰西学院（Collège de France）- 固态化学与能源实验室

• 得出结论：在淬火样品中未观察到迈斯纳效应（@zoubairezzz0595 推文^[11]）。第二个样本和 X 射线分析正在进行中。

总结

目前科学界并未得出确切结论，但它无疑是一个重大的发现，值得全人类一试。就像 B 站 UP 孙教授所说：证真容易，证伪难。证伪需要验证所有的可能，要花费很多时间。所以我们作为吃瓜群众，能做的就是怀揣梦想，静待那个历史性的时刻。

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注：文章部分内容信息来自网络，不保证完全正确。随着事件发展，可能发生变更，请勿过度解读理解。

References