室溫超導將顛覆現有通信格局。

室溫超導來了？烏龍還是第四次工業革命？

7月22日，韓國量子能源研究中心研究團隊在arXiv上連發兩篇論文，宣稱合成了全球首個室溫常壓超導體LK-99，臨界溫度為127℃。這一輪的“室溫超導”熱已經持續了一周多，引起了全球各個社會層面的熱烈討論。

【資料圖】

室溫超導來了？

自1911 年荷蘭物理學家海克·卡末林·昂內斯（Heike Kamerlingh Onnes）發現汞的電阻會突然消失以來，超導現象一直是科研熱點之一。

超導現象是指材料電阻變為零的現象，其主要的特征是零電阻（或極小電阻值）和完全抗磁性（邁斯納效應）。超導現象主要發生在低溫（-269℃~-70℃）條件下。

所謂室溫超導，指的是在地球室溫環境下（通常默認是300 K，即27℃）就能夠實現零電阻和完全抗磁性的超導材料。這意味著，室溫超導材料對應的超導臨界溫度必須在300 K以上。2020年10月《自然》雜志報道了美國羅切斯特大學實現了15℃溫度下的超導，但是這種超導體需要在267GPa的條件下工作。因此，真正具有應用價值的“室溫超導”是指“常壓室溫超導”。

針對韓國團隊此次提出的室溫超導體LK-99，全球熱議的同時也引發了一些實驗室進行重復實驗。

美國勞倫斯伯克利國家實驗室宣布，在超級計算機的模擬結果下，理論上證明制作LK-99“常溫超導”晶體是可行的；俄羅斯科學家宣布成功制作出了LK-99晶體，并將其抗磁性特征予以公開發布；國內華中科技大學材料學院常海欣團隊宣稱復現了韓國團隊的磁懸浮實驗，山東曲阜師范大學實驗結果顯示，LK-99具有抗磁性，但未發現零電阻特性……目前消息眾多，支持和質疑的聲音都存在。

“韓國科學家團隊在arXiv上提出的室溫常壓超導材料LK-99（改性鉛磷灰石晶體結構），在世界范圍內已有多個團隊復現了該材料的抗磁等特性，但是尚未完全驗證其為室溫超導材料。”華南理工大學副研究員陳海東在接受《通信產業報》全媒體記者采訪時表示，一方面，零電阻特性尚未測定出來；另一方面，超導的抗磁性只是輔助特性，部分材料也具備抗磁特性。因此，通過抗磁特性確定超導并不科學。

國網甘肅省電力公司電力調度中心通信處處長宋曦坦言，綜合目前消息，韓國研究團隊公布的超導體極大概率不是室溫超導。但還是應采取謹慎、嚴謹的科學態度，應該進行多個團隊、多次重復的反復驗證后，才可以得出一個肯定的結論。

據了解，韓國超導學會也成立了“LK-99驗證委員會”，檢驗該成果的真實性。截至目前，學會根據兩篇論文中提供的數據和已發布的視頻，宣布LK-99不能被稱為室溫超導體。

對通信有什么影響？

陳海東認為，在通信領域，室溫超導技術會帶來顛覆性的技術革命，其主要表現為超導帶來的無損耗或者低損耗特性，大大提升通信的信號質量和覆蓋能力，從而降低運維成本，提升經濟效益。

舉例來說，通信系統為了實現抗干擾特性，一般在天線和放大器之間加入濾波器等器件，這種器件在3G和4G時代為了達到低損耗的特點，可以接受其大體積的問題。然而，5G時代，隨著工作頻率的進一步提升，對濾波器的尺寸提出了較高的要求，由此出現了因為損耗大而導致系統噪聲大等突出問題，具有超導特性的器件，由于沒有或者具有極低的損耗，有望對現有的通信系統的硬件構架產生直接影響，使其具有極大的靈活性。

其次，通信系統中由于導體以及介質損耗導致通信覆蓋能力有限，特別是5G毫米波系統，同時進一步受到空間損耗的影響，傳輸距離大大降低，由超導材料構成的超導器件、超導傳輸線、超導天線等，可以大大降低系統的損耗，從而大大提升通信系統的覆蓋范圍和通信質量。

最后，由于超導技術帶來的系統框架的革命和系統損耗的降低，直接帶來了經濟效益的提升，5G相控陣系統的能耗問題也將不復存在。

在宋曦看來，室溫超導技術將為通信領域帶來重大變革，使得無線通信、光通信、基站等方面的性能得到顯著提升。

在室溫超導材料中傳輸的電流幾乎不受電阻的影響，這意味著信號傳輸損耗將大大降低。這將使得無線通信系統的帶寬更大、信號更穩定、能效更高，有助于實現更高速、更低延遲的無線通信，如6G、7G等。室溫超導技術將為無線通信帶來革命性的進步。

在光通信系統中，超導材料可以作為光源或光調制器，從而提高系統的性能。例如，利用超導激光器，可以實現更高的光功率輸出和更低的功耗。這將有助于提高光通信系統的傳輸速率和信號質量。

室溫超導技術對基站的設計和建設也會產生重大影響。例如，使用超導材料的天線可以實現更高的信號增益，從而減小基站的覆蓋范圍。此外，利用超導材料制作的光纖傳輸線和射頻傳輸線，可以實現更低的損耗和更高的傳輸效率。

室溫超導技術將對5G和未來的6G網絡產生積極影響。通過提高信號傳輸的效率和減少損耗，室溫超導技術可以支持更高速、更低延遲的網絡連接，從而滿足不斷增長的通信需求。

室溫超導技術將對通信領域的各種器件產生影響，如射頻放大器、濾波器、開關等。利用超導材料制作的器件可以實現更高的性能和更低的能耗，從而提高整個通信系統的性能。

陳海東表示，然而，室溫超導的研究還在進一步進行中，現有的研究成果也有待進一步的驗證確認。此外，現有基于金屬氧化物結構的常壓室溫材料的實用性還有待于確認，其主要原因是燒結的金屬氧化物就是一種陶瓷，難以對其進行折彎加工和沖壓加工。

室溫超導探索，仍是漫漫長路

室溫超導如果能夠實現，除了在通信領域，在電子電器集成、醫療核磁成像、超級計算（包括量子計算）、高速磁懸浮交通、新能源及儲存、天文探測、地質勘探、國防建設等領域，都將產生深遠影響。

在能源傳輸與儲存領域，超導技術可以提高電力輸送的效率，并減少能量損耗。超導電纜可以實現低損耗的電力傳輸，降低電網能源損失，提高能源利用率。此外，超導磁能儲存技術可以提供高效、可靠的能源儲存解決方案，幫助平衡能源供需，減少對化石燃料的依賴。

在磁懸浮交通領域，超導磁懸浮技術（Maglev）可以實現高速、低能耗的列車運輸系統。通過超導材料產生強磁場，使列車懸浮并減少摩擦，從而實現高速運行。超導磁懸浮技術具有快速、安全、環保等優勢，被認為是未來城市間交通重要的解決方案。

在醫學成像領域，超導材料可用于制造高性能醫學成像設備，如磁共振成像（MRI）。超導磁體可以產生穩定且強大的磁場，提供更準確、高分辨率的醫學影像，幫助醫生進行更精確的診斷和治療。

在科學研究領域，超導技術對于科學研究領域有重要影響。在物理學、化學、材料科學等領域，超導材料的研究可以揭示新的量子現象和物性，推動基礎科學的發展。超導材料在研究高溫超導、拓撲能帶等方面具有重要作用。

在電子設備領域，超導材料可用于制造高速、低功耗的電子器件。超導量子比特是制造超導量子計算機的基礎，具有極高的計算速度和存儲密度。此外，超導器件還可以應用于高頻通信、射頻檢測等領域，提供更高性能的電子設備。

在航空航天領域，超導技術在航空航天領域也有應用前景。超導材料可以用于制造高功率電動發動機，提高飛機的性能和燃油效率。超導磁體還可以用于航天器姿態控制系統，提供精確的姿態控制和導航能力。

業內專家認為，尋找室溫超導之路，有三條可以嘗試走：第一，合成新的材料；第二，改進現有材料；第三，特殊條件調控材料。其中第二條是顯而易見的，比如改進現有的銅氧化物高溫超導材料的質量，對其進行化學摻雜等改造，以期獲得更高臨界溫度的超導體。特殊條件調控，指的是利用高溫、高壓、磁場、光場、電場等方式調控材料的狀態，在更高溫度下形成超導態。合成新的材料是最困難的，因為沒有可靠的經驗能夠告訴我們室溫超導在哪里，只能“兩眼一抹黑”去探索。

宋曦指出，盡管超導技術在許多領域都具有巨大的潛力，但仍然面臨一些挑戰，如材料的成本、制備工藝等。隨著科學和技術的進步，相信超導技術將在未來逐步成熟化、商用化，并發揮日益重要的作用，為人類帶來更高效、可持續的能源和先進的科學技術。

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