一文解說「LK-99」常溫超導體在火什麼

南韓的研究團隊上週發表論文，宣稱已經發現製作出常溫超導體的突破性進展，引發科學界與財經界的震動。南韓多支原本名不見經傳的小型股票到今天還在狂飆，連續數天漲停。人類發現超導體已超過一世紀，但都在極端低溫或極端高壓的特定狀況下才能實現，常溫超導體可能成為人類科技產業的劃時代突破，但南韓團隊的這項發現目前尚未獲得正式證實。

什麼是超導體？

電的反覆無常特性曾使富蘭克林與特斯拉這些歷史知名的研究者深深著迷。在一般情況下，電力很難傳輸，因為透過導電材料傳輸電力時，電子會彼此碰撞、產生熱量耗損電力，這種狀況稱為電阻。超導體是一種在特定條件下幾乎沒有電阻的導電材料。目前已知的超導體只在極端冷卻（像是攝氏零下269度）或極端壓力下才能表現出超導性質。1911年，水銀成為第一個被發現具有這種特性的物質。自此以來，人類已經發現特種金屬合金、陶瓷和其他材料能夠在超低溫下幾乎無電阻地導電。

什麼是常溫超導體，為什麼它很重要？

常溫、常壓超導體可以不需要冷卻到接近絕對零度或施加巨大壓力下，在沒有電阻的情況下導電。量產這種材料可能徹底改變電力傳輸技術，減少溫室氣體排放。例如，太陽能或風力發電創造的電力，可以長距離傳輸而幾乎沒有損耗。常溫超導體可大幅提高任何使用電磁力設備的效率，從而加速商用核融合反應爐的開發。這種材料被形容為材料科學和凝態物理學中的「聖杯」。

目前超導體有什麼用途？

目前超導體用於制造強大且更高效的電磁體，可用於某些核磁共振造影設備（MRI）中，讓醫生能夠檢查人體的軟組織。超導電磁體在日本用於磁浮列車，把列車懸浮在軌道上，消除摩擦，可高速高效率運作。這些超導電磁體也是歐洲核子研究組織（CERN）的大型強子對撞機（LHC）以及核融合研究的關鍵。量子計算機，如微軟和Google正在開發的量子電腦，也依賴超導體運作。

這些現行的超導體材料都需要耗費極大能量進行加壓或者極度冷卻，與其進入超導狀態可以節省的電能相比，投入遠多於效能提升，所以用途極度有限。

為何製作出超導體如此困難？

超導體的許多研究，都集中在材料被極端冷卻時所能發生的現象。而最近，科學家利用電腦程式的模擬運算，來尋找可能的原子排列和材料的化學性質，以創造出可在不同條件下工作的超導體。但仍有大量可能的排列組合需要進行測試。

這個「LK-99」的新發現是什麼？

首爾的量子能源研究中心（ Quantum Energy Research Centr）和韓國科學技術研究院（Korea Institute of Science and Technology）的材料科學家發表了兩篇論文，聲稱他們「全球首次」成功合成了一種常溫超導體材料。這種化合物被稱為LK-99，由鉛磷灰石與銅組成。研究人員聲稱，在沒有冷卻或加壓的情況下，LK-99在通電或暴露於磁場時的反應，證明LK-99具有超導性。這些論文是所謂的「預印發布」（Preprint），也就是這些研究尚未經過科學專家的同儕審核。然而，這些論文激起全球研究人員和實驗室試圖複製這些結果。

LK-99是全新的材料嗎？

不，這種材料是由高麗大學學者李宋白（音譯，Lee Sukbae）以及金吉勳（音譯，Ji-Hoon Kim）在1999年發現，才會以兩人的姓氏首字母與發現年份，命名為LK-99。

其他科學家有什麼說法？

這項消息引起科學界的興奮與質疑。印度和中國的兩個獨立研究團隊聲稱已成功複製出LK-99，確認其結構與原始論文一致，但兩個研究團隊都沒有發現這種物質具有超導性。中國的另一個實驗室報告了LK-99的一個樣本出現懸浮，但這也並不一定證明其具備超導性。美國勞倫斯柏克萊國家實驗室（Lawrence Berkeley National Laboratory，LBNL）的研究人員葛里芬（Sinead Griffin）對LK-99的性質進行了研究，發現其呈現出來的特性有可能是具備超導性，但「還有許多其他現像，如金屬絕緣體轉變，電荷密度波」等其他狀況也可以解釋這些結果。這種材料至少並不罕見，研究人員正繼續深入研究其性質。

這是第一次出現聲稱發現常溫超導體嗎？

不，上次關於常溫超導體的發現是在2023年3月的《自然》期刊中。這篇論文受到了一些懷疑，因為其作者在同一期刊上於2020年發表了一篇聲稱有相同突破的論文，但《自然》在2022年撤回了這篇論文。其他材料的常溫超導體也曾出現過，但這些材料要不是需要巨大的壓力才能有超導性質，要不就是無法獲得其他研究人員的證實。

其他參考連結：

發行《科學》期刊的Science.org網站正在追蹤更新關於LK-99的驗證與發展。
在預印期刊網站arXiv登出，引發全球熱潮的原始研究報告
美國能源部關於超導體的解說
印度與中國科學團隊對於LK-99材料的驗證報告

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