编者按：
7月26日，韩国团队宣称发现室温超导体材料LK-99，引发热议。8月3日，韩国超导低温学会认为LK-99不能认为是超导。在现代物理学“圣杯”现世、开启第四次工业革命之前，不妨让子弹再飞一会儿，先厘清关于超导的基本概念。
1. 什么是超导？超导同时具有绝对零电阻和完全抗磁性的特别性质
罗会仟（中科院物理所研究员）：超导指的是具有非常特殊的电和磁的性质的一类材料。超导的电阻在一定温度下会突然间掉到零，超导的磁性在磁场里面会把磁通线都排出去。也就是说，超导同时具有绝对零电阻和完全抗磁性的特别性质。
第一个超导体在1911年发现。刚开始发现超导体，它所谓的超导临界温度都非常低，所以我们需要用非常昂贵的液氦，才能维持超导材料的运行。后来在80年代，发现了一类叫作铜氧化物的高温超导体，它的超导温度目前为止最高能够达到135K（编者注：K即开尔文，是热力学温标。-273.15℃=0K，每变化1K相当于变化1℃），至少已经达到了液氮温度以上，制冷成本更低。在2008年发现另外一类的高温超导体叫铁基超导体。近些年来发现了一系列的氢化物超导体，它的超导温度也非常高。但是它需要依赖很高的压力来实现。
2. 低温超导和高温超导如何区别？40K是分界线
罗会仟 ：超导材料从超导温度上可以分为两大类，一类是40K以下的，即低温（常规）超导材料，40K以上的叫做高温超导材料。
低温超导材料的研究其实已经比较清楚：第一个超导体在1911年发现，后来发现的大部分都是金属单质或合金超导体，50年代已经有成熟的理论来解释其为什么会出现超导现象，这个理论就是以美国物理学家约翰·巴丁（John Bardeen）、利昂·库珀（Leon Cooper）、约翰·施里弗（Robert Schreiffer）的姓氏首字母命名的BCS理论。后来，能够用BCS理论描述的超导体都统称为“常规超导体”。
Bardeen、Cooper和Schrieffer（图源：网络）
常规超导研究解决了我们平时不怎么考虑的问题。我们以前的物理学更多只考虑一个粒子怎么运动，而我们的世界不可能只有一个粒子，粒子间存在相互作用。如果只考虑一个粒子在材料里运动，它永远都会受到阻碍。BCS理论就突破了这个观点，它考虑两个电子组成的电子对，当有无数的电子对一起运动时，电阻就可以是0，这是从1到2的突破。
高温超导研究面临的实际物理问题是则是从1到无穷大的问题，这个无穷大可以理解为10的23次方数量的电子有相互作用时我们该如何去理解。总之，在高温超导材料里，要考虑的相互作用更复杂，因为多了自旋相互作用——磁性相互作用，这也是高温超导研究面临的难点。
3. 目前发现了哪些超导材料？很多超导材料突破来自新人
季燕江（前北京科技大学物理系教师）：先说一个鬼故事，超导材料Tc的大突破几乎都是所谓行外带来的，比如Cu氧化物超导，米勒和贝德诺尔茨并非超导领域内的权威，在脆又硬的陶瓷里面找超导也出乎当时大多数人的意料。在此之前，大家关注的焦点先是纯金属，继而是合金。类似的，在Cu氧化物超导成为主流后，我国的马琰铭教授等又率先在富氢高压体系里找到了更高Tc的超导材料。
1987年诺贝尔物理奖得主，左：贝德诺尔茨，右：米勒。
外行/新人频频在超导领域有所斩获，说明超导现象是自然界中的一种普遍现象。当科学家沉迷于某种已知超导体系里不能自拔时，一个外行/新人很有可能在其业余/莽撞的尝试中偶然打开一个新超导体系的大门。
向室温进军的超导，右上角最高的CSHx尚未被证实。
4. 超导材料有哪些应用？包括大规模应用和芯片应用两方面
张子立（电气工程领域科普作者）：超导材料的应用主要分为两大类，一类叫强电应用，一类叫弱电应用。强电和弱电的区分是在于电压。但是我更喜欢国际会议的分类方式，larger scale application和device application，也就是大规模应用（对应强电）和芯片应用（对应弱电）。
大规模应用就是我们经常在网上能看到的，输电，核磁共振成像（MRI），磁悬浮列车以及对撞机等。芯片应用一般是滤波器，SQUID等器件方面的应用。网上盛传的这次的卤蛋氢的应用都集中于大规模应用方面（这也合理，芯片应用我们日常几乎看不到）。
大规模应用，顾名思义需要大规模的超导材料，这需要超导材料具备两方面的特性。
第一，可相对容易的大规模制备。一般大型的MRI和磁悬浮列车所用到的超导材料都是公里级别的，对撞机甚至会用几十公里级别的，而输电则完全看距离长短了。
第二，要有足够的承载电流能力。由于这些大规模应用中使用的是超导材料的零点阻性，也就是在直流（输电是工频）下，损耗小的特点。这就能允许我们在更小的线圈中通入更大的电流，从而获得更强的中心磁场。
大部分科普都提到了，超导是一种低于临界温度就会电阻消失的神奇材料。但是实际上，在临界温度之外，还有两个参数分别是临界电流密度和临界磁场，如下图所示。也就是说这两个指标超标，一样会让超导材料失去超导特性（行话：失超）。所以聪明的读者一定能想到，大规模应用的超导材料一定要有高临界电流密度，才能承载高的电流。同时，类似MRI、对撞机和磁悬浮，超导材料都是工作在特斯拉级别的磁场下的，这就要求超导材料具有较高的临界磁场值。
罗会仟 ：此外，高温超导在科学研究领域非常重要。例如现在研究的可控核聚变，需要很强的磁场才能把核聚变约束在一个很小的空间里，只有超导才能胜任。在信息领域的量子计算也需要用超导材料。我们现在的计算机是半导体计算机，当你把芯片（硅）这一半导体换成超导体、把电路也换成超导量子比特，就能构成超导量子计算机，秒杀现在所有一切普通计算机。
5. 在室温条件下实现金属材料的超导性能？还有一定距离
罗会仟 ：室温超导材料是我们的终极梦想，但还没有找到这种材料，不过室温超导本身已经找到。
目前可实现的室温超导都需要加一个限定条件，即高压。2015年有两位德国科学家发现在一类氢化物材料即硫化氢上加高压以后就可以变成超导体，超导温度能达到203K，但是压力需要加到200万个大气压，所以这个实验非常困难，这需要用两个金刚石使劲压，接近金刚石的极限。2019年，有科学家发现了有更多氢的LaH₁₀（编者注：镧系元素均属于稀土元素；LaH₁₀即十氢化镧，是镧和氢形成的氢化物之一，是一种多氢化物或超氢化物，有望用作高温超导体），它的超导温度大概是有260K，温度还在0℃以下。2020年，Ranga Dias团队宣称其在硫化氢的基础上做了调整，其超高温度可以达到288K，温度为零上15℃，前提还是高压，不过后来在2020被撤稿了。
如果想要在没有任何前置条件下实现室温超导，还有一定的距离，不过科学界也在努力，希望通过优化合成材料的方法、制备材料的技术、调整材料的性质来实现。
6. 有哪些很难被重复实验来验证的“室温超导体”？
罗会仟 ：全球最大的论文预印本网站arXiv.org经常报道出各种“室温超导体”。
比如2016年 Ivan Zahariev Kostadinov就声称他找到了临界温度为373 K的超导体，他没有公布这个超导体的具体组分，甚至为了保密把他的研究单位写成了“私人研究所”。又如一队科研人员声称在巴西某个石墨矿里找到了室温超导体，并且做了相关研究并正式发表了论文。
2018年8月，两位来自印度的科研人员号称在金纳米阵列里的纳米银粉存在236 K甚至是室温的超导电性，并且有相关的实验数据。
毫无疑问，这些声称的“室温超导体”，都是很难经得住推敲和考证的，它们很难被重复实验来验证。
有的根本没有公布成分结构或者制备方法，就无法重复实验；有的实验现象极有可能是假象；有的实验数据极有可能不可靠。关于373 K超导的材料，所谓的“室温超导磁悬浮”实验更像是几块黑乎乎的材料堆叠在磁铁上而已 。关于236 K超导那篇论文中数据就被麻省理工学院的科研人员质疑，因为实验数据噪音模式“都是一样的”，这在真实实验中是不可能出现的事情。这确实是令人沮丧的，绝大部分室温超导体都这么不靠谱，那么该相信谁？
事实的真相比这个还要悲观，在探索室温超导之路上，除了我们熟知的那些类别的超导体之外，其实还有许多声称超导的材料。科学家借助UFO（Unidentified Flying Object，不明飞行物）的概念，戏称这些材料为USO(Unidentified Superconducting Object），即“不明超导体”。的确，这些不明超导体长得千奇百怪，有金属的液体溶液，有高压淬火的CuCl和CdS，也有看似正常的过渡金属氧化物或者其薄膜，还有和铜氧化物等超导材料特别类似的，也有在特殊超导材料基础上掺杂的。它们的超导临界温度，从35 K到100K，甚至到400K相关的实验证据有的是零电阻，有的是抗磁性，也有两者皆有的。不明超导体似乎看起来都像是超导体，但是它们有一个共同特征——无法被科研同行的实验广泛验证。
“不明超导体(USO)”举例
7. 各种“室温超导体”研究引发热议。面对这些报道，我们该相信谁？
季燕江：假设你是一名物理学爱好者，面对各种“室温超导体”的报道，应该相信谁？
保险妥帖的做法是相信各种权威专业媒体，除了著名的Nature，Science都有科学新闻的板块外，我还喜欢浏览英国的物理世界杂志（physicsworld.com），比如这次韩国科学家的室温超导，该网站也有报道，里面客观地报道了这一事件，并采访了多位科学家的意见。
跟物理世界类似的，还有美国物理学会的物理网站（physics.aps.org/），该网站专业色彩更浓，对这次韩国科学家声称的LK99并未报道，但对早前迪亚斯声称的Lu-N-H超导有详细报道，把这个富有争议的工作交待的清清楚楚。这两个网站的好处是，不仅专业和及时，同时有非常丰富的内容积累，从最新的科学报道，还可以延伸出很多科学背景和过往相关的新闻报道，能让我们对相关科学发展的全貌有个较好的掌握。室温超导真的实锤了，这两家网站一定会给出权威的报道和分析。
中文媒体中，中国物理学会的微信公众号以及物理期刊网站（wuli.ac.cn）也是我日常浏览的网站，特别是后者，质量堪比国外类似媒体，我国专业的科学家经常会就重大科学问题在这里发综述和评论。结合此次室温超导热，建议大家去这个网站上找向涛院士相关的文章拜读。
对于普通物理发烧友来说，上述三个网站的内容都是权威的、相对及时的，以及免费的。
如果要追求更快速的了解某个领域最新进展的高阶读者，我们必须假设这样的读者具备一定基础知识，比如知道该领域最重要的研究学者有哪些，学术机构有哪些，最迫切的科学问题是什么，难点痛点在哪里等等。有了这些背景知识，建议大家直接去预印本网站（arxiv.org/）追踪特定作者或特定目录的最新文章。预印本网站中的文章绝大多数都没有经过同行评议，因此其科学性是要打个问号的。但如果我们具备相关背景知识就知道哪些研究者或团队的工作更严谨，更值得信赖。一般来说，基础研究真的有重要进展发在预印本上，会激起连锁反应，就像论坛回帖一样，会短时间贴出来很多预印本。作为外行，我们也还是需要选择重要研究者或团队的文章来阅读。
室温超导的微妙之处在于确认实验现象本身就有一定难度。零电阻、迈斯纳效应以及比热跳变的试验都必须得是专业、有经验的团队确认才可以。在实际的实验研究中，各种假象（artifact）层出不穷，非常年专业做相关测试的研究者没有能力排查。这是我们面对室温超导必须选择相信有经验的研究者和团队的重要原因。
有一个在物理系传播已久的笑话说，每年都会做出几个室温超导的样品，但稍微一排查，就会发现是假象。“你的样品超导了”，在实验室里大多数情况下是一句揶揄的话。
但今年，我们的实验室有了很多围观者，本来大家是可以用相对平静的心情来做研究的。最后，让我们再让子弹多飞一会儿。
8. 如果有一天真的实现常温常压下的室温超导，我们的生活会有哪些变化？
季燕江：目前看，所谓大数据、大模型都要费很多电，据说人工智能、物联网等相关的耗电将很快成为我们用电的最大头。假如未来的室温超导能够应用在这些领域的话，将可以在很大程度上解决我们的能源问题，并助推人工智能在未来的广泛应用。
闻海虎（南京大学物理学院教授，南京大学超导物理和材料研究中心主任）：超导在电力、能源、国防、医疗及大科学装置等方面都有应用。如果室温超导实现，可以在室温或在冰箱制冷温度下使用，大规模集成电路中的电路用这种超导线的话就不发热，那计算容量就可以做得很高。也可以用于极弱磁场的探测。再比如电缆应用，结合我国的高电压等级，零电阻超导带来的无损耗输电就能非常高效，而且节省很大空间。上海电缆所下属的应用超导公司牵头，联合上海交通大学和上海大学的两家公司“上创”和“上超”，在液氮温度上制成了1.2公里长、35千伏，2200安培的输电高温超导电缆，一根超导电缆加上低温液体流动制冷等空间，直径也就15cm左右，代替了原来四个回路的常规电缆，可供4.5万户人家使用。
另外，超导在电力行业也有很多其他应用，比如电网运行不太稳定的时候，超导制成限流器可以消解掉电流突然的大脉冲，若还能用一个小的超导磁体作为存储，还能把这个突然的波峰能量暂时存起来，等电流出现波谷时再输出这部分能量。做成超导磁体还可以用在电机，人工受控核聚变，大科学装置，核磁成像，磁悬浮列车等方面。
世界首条35千伏公里级超导电缆试拉试验现场（图源：国网上海电力）
还有一个例子，是滤波器的应用，我国在液氮温度下的高温超导体方面已经做得很好，北京大钟寺信号塔基站以前就有一个高温超导滤波器的示范应用，效果很好。利用零电阻特性设计成微波线路，让想要的信号高品质通过，阻拦其他频率的波。如果我没有记错的话，但是使用通常滤波器的基站塔信号只能够覆盖3km，用了超导滤波器后信号扩大到9km范围。但由于液氮制冷成本太高，通信公司在最后推广4G的时候没有接受。如果实现室温超导，这些成本问题就解决了。
大家可以看到，室温超导实现以后，通过努力在实际应用上有非常大的潜力，这也是为何此次室温超导发现引发如此大的轰动。
以上内容整理自《一起来唠科》过往与闻海虎（南京大学物理学院教授，南京大学超导物理和材料研究中心主任）、罗会仟（中科院物理所研究员）、季燕江（前北京科技大学物理系教师）、张子立 （电气工程领域科普作者）的对话与文章。
参考资料：
南京大学闻海虎回应证伪“室温超导”：超导不能通过数据处理模糊结果
看不懂轰动全球的“室温超导”论文？作为小白，你需要先了解这些
罗会仟，《超导“小时代”：超导的前世、今生和未来》，清华大学出版社，2022.