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闹剧背后的真相
“如果真的能发现常压室温超导材料，那将不亚于人类第一次学会用火。”结果这种激动很快就被证明是一次又一次“乌龙”。
室温超导今年曾两度引发学界、产业界热议，只不过两次情况略有不同。3月，美国罗切斯特大学迪亚兹（Ranga Dias）团队宣布开发出在室温和相对较低压力条件下表现出超导性的材料，即由镥-氮-氢（Lu- N-H）构成的三元化合物。很快，这一论文不仅被证实测量数据作假，甚至很多数据图表直接剽窃了其他物理学家的工作成果，团队信誉问题也备受质疑。
LK-99引发大范围对室温超导的关注
7月，韩国的物理学家团队在预印本网站arXiv上传了两篇论文，也宣称发现了首个室温常压下的超导体材料：改性铅磷灰石晶体结构LK-99。
研究成果发布后，全球多个顶尖科研团队参与复现实验，美国劳伦斯伯克利国家实验室（LBNL）就从理论上证明了这种用坩埚烧制常温超导体的办法存在可行性；然而经过多个中国团队验证，韩国团队是错把LK-99认成超导体，主要原因在于对实验结果验证的不够充分，太着急发论文而忽略了多次独立验证的重要性。
但在2023年年末，除了已经被证伪的室温超导外，我们也需要厘清一些基本问题，到底什么是超导？超导体又为什么会有超导现象？超导产业有没有真正的进展？
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超导体为什么会“超导”？
超导，可以说是人类观察到的第一个宏观量子效应，此后每次超导的突破都会推动物理学进展，至今这仍是物理学界最重要的前沿问题之一。这也是为什么，自1911年人类发现超导现象以来，已有5次诺贝尔奖颁发给了10位研究超导的科学家。
所谓超导，是指在一定条件下电阻等于零，电流可在其间无损流动的现象。没有电阻意味着什么？意味着当电流通过电缆传输时，就不会有热损耗，可以节省大量的电能。即便是现在最好、最有效的导体，比如说金银铜铝，它们在传输电能方面的效率都无法达到百分之百，总会有一部分能量转化为热能散失掉。
超导现象除了没有电阻外，还有个特点：不受磁场干扰。一般情况下，一个导体放在磁场中，磁感线会穿透这个导体，而超导体会把所有磁感线挤出去，不受到任何影响。这钟抗磁性也被称为迈斯纳效应（Meissner effect）。
超导体具有抗磁性
想要更微观的理解超导体原理，目前最主流的是“BCS理论”。先说最基础的，一根导线就算不通电，里面的电子也在做杂乱无章的无规则热运动，只不过这时候它们和导线中的原子是一个整体，再怎么运动也不会让导线发热；通电以后，电子也不是畅通无阻的从负极到正极，而是要跟导线中的原子相互碰撞、挤压才能到终点。
但是当某些导体温度降低至某一低温点后，它的晶格结构会突然发生相变，变成超导相，通俗点说，超导体中的原子会被“原地封印”，只能留在自己的晶格节点上。
这样一来，两个原本均带负电、互相排斥的电子会产生一种莫名的吸引力，从而两两配对构成“库伯对” (Cooper pair)。BCS理论证明，超导体内部的电子都能够以“库伯对”的形式在晶格中不受阻碍地运动，从而形成了整体的超导特性。
虽然BCS理论成功解释了常规超导体的形成原理，但也给超导材料的研发带来了阴影。根据 BCS理论，超导现象的形成需要自由电子进行耦合，而高温将会破坏这种耦合，因此，超导的转变温度是有上限的。
美国物理学家麦克米兰根据BCS理论计算，认为超导临界温度最高不大可能超过40K，热运动完全消失的温度被称为绝对零度，在摄氏温标中为 -273.15 摄氏度，物理学表示为0K，40K即-233.15摄氏度。40K也因此被称作“麦克米兰极限”。
而在上世纪80年代，铜氧化物高温超导体的发现引发了全世界范围的“超导热”。这一波热潮中，麦克米兰极限被不断突破，在接下来的30多年里，物理学家陆续发现了7大类、超过200种不同的高温超导材料，最高的转变温度达到了惊人的134K 。根据定义，高温超导体是指那些超过77K，即液氮温度区间，仍然表现出超导电性的材料，这里的高温，只是相对常规金属超导体的临界温度而言。
也就是说，BCS理论已经无法解释高温超导了，实际上超导物理领域的理论研究都没办法解释。而学术界的共识是，技术往往会推动科学的进步，但在科学理论没有突破之前，并不意味着技术就不能先突破。
因此，近年来尽管高温超导的理论还是有些模糊，但在产业中的应用却更加清晰。
03
高温超导能否打开隐藏金矿
高温超导体在具体使用中有两大优势：环境成本较低、应用限制少。低温超导要在液氦环境下才能用，而液氦是稀缺、不可再生气体，100升液氦能卖到1000美元；高温超导所需要的液氮属于廉价易得的低温介质，要比液氦成本低得多。
目前高温超导材料主要有铜氧化物超导体和铁基超导体两大类，在感应加热、电力传输等领域已实现初步应用，在可控核聚变领域应用的可行性已得到证实，代替低温超导材料也是业界应用方向之一。
现在高温超导应用的比较好的领域还是医疗器材，比如在核磁共振（NMR）医疗设备上。这方面的领先者是西门子，主要归功于它们的超导磁体技术。
作为核磁共振系统的重要组成部分，超导磁体能产生稳定且强大的磁场，用于激发和探测样品中的核磁共振信号，也就是人体的柔软组织如脑部、脊椎和关节等的原子核，通过对磁共振信号的接收、空间编码和图像重建等处理过程，最终提供更高的信噪比和更好的图像分辨率。
未来应用前景更惊人的恐怕是在电力传输领域。前面我们已经提到过超导的零电阻特性，实际应用中，现有的高温超导电缆较常规电缆可提高3到5倍容量并降低60%的损耗。
不过，尽管上海、深圳、云南等地都已经有高温超导电缆示范线，但都没有大规模铺设，主要原因还是在于高温超导电缆的成本比普通电缆高，且没有产业大规模的带动。未来，电动车的增长或许会是个好机会。
一根直径仅有17.5厘米的超导电缆即可满足深圳地标建筑之一的平安金融中心用电
中科院院士欧阳明高曾提到，到2030年中国电动车保有量预计突破1亿台，如果以电动汽车功率60千瓦、10%的充电同时率计算，则需要六亿千瓦的电力装机量来满足电动车充电需求。从节省电能和简化电网的角度看，高温超导电缆势在必行。