近日，大家或許都被韓國研究團隊發現常溫常壓超導體新材料LK-99的新聞刷屏，隨著消息的發酵，全球大學都在追求復現該實驗結果，但目前仍“真假難定”。

據8月3日最新消息，由韓國超導體專家組成的韓國超導低溫學會，表示某研究所制造的LK-99材料不足以證明其為常溫常壓超導體，因為沒有表現出邁斯納效應。

并且，韓國超導低溫學會成立驗證委員會對該結果進行驗證，驗證委員會解釋說，為了驗證超導體的兩個特性：電阻為零的現象和完全半磁性特征，將測量樣品的磁化率和電阻。

驗證委員會特別提到，對磁化率的測試，將使用一種超靈敏的磁傳感器進行檢測，可以精密測量。言下之意，只有通過該傳感器對樣品進行磁化率等檢測后，才能最終下定結論。

令人意外的是，該韓國團隊拒絕向驗證委員會提交樣品，并表示要看請等到明年美國物理學會屆時進行展示。

怎么檢測是否是常溫常壓超導體？韓國超導低溫學會是指用什么傳感器檢測磁化率？常溫常壓超導體對人類有什么意義？請看下文。

韓國專家想用SQUID超導磁傳感器檢測全球“第一個”超導體樣品！什么是SQUID？

為了驗證超導體的兩個特性：電阻為零的現象和完全半磁性特征，將測量樣品的磁化率和電阻。

韓國超導低溫學會驗證委員會表示：“磁化率是使用SQUID的超導傳感器的磁化率測量系統，可以精密測量，只要提供樣品，不會花費很長時間”，“但是為了驗證，需要多次的再現實驗和交叉驗證，正在協商在何種范圍內測量哪些變量?！?/p>

這里，韓國驗證委員會想對該超導體樣品進行磁化率檢測使用的是一個名為SQUID的磁傳感器。什么是SQUID？

SQUID中文名稱為超導量子干涉儀（Superconducting Quantum Interference Devices, SQUID），這是一種將磁通轉化為電壓的磁通傳感器，是一種能測量微弱磁信號的極其靈敏的儀器，不僅可以用來測量磁通量的變化，還可以測量能轉換為磁通的其他物理量，如電壓、電流、電阻、電感、磁感應強度、磁場梯度、磁化率等。

SQUID 作為探測器，可以測量出 10-11 高斯的微弱磁場，僅相當于地磁場的一百億分之一，比常規的磁強計靈敏度提高幾個數量級，是進行超導、納米、磁性和半導體等材料磁學性質研究的基本儀器設備，特別是對薄膜和納米等微量樣品是必需的。利用 SQUID 探測器偵測直流磁化率信號，靈敏度可達 10-8 emu；溫度變化范圍 1.9 K~400 K；磁場強度變化范圍 0~70,000 高斯（7 特斯拉）。

SQUID磁傳感器的基本原理是建立在磁通量子化和約瑟夫森效應的基礎上的，被一薄勢壘層分開的兩塊超導體構成一個約瑟夫森隧道結，當含有約瑟夫森隧道結的超導體閉合環路被適當大小的電流偏置后，會呈現一種宏觀量子干涉現象，即隧道結兩端的電壓是該閉合環路環孔中的外磁通量變化的周期性函數，其周期為單個磁通量子Ф0=2.07×10-15Wb，這樣的環路就叫做超導量子干涉儀.

▲SQUID磁傳感器結構示意圖

SQUID磁傳感器需要使用到超導材料，根據其所使用的超導材料，可分為低溫超導（LTc SQUID）和高溫超導（HTc SQUID）——顯然目前不會有室溫超導SQUID儀。又根據其偏置電流的不同，分為直流和射頻兩類，即DC-SQUID和RF-SQUID兩種。

DC-SQUID在直流偏置電流下工作，含有兩個約瑟夫森結的超導環。RF-SQUID即射頻超導量子干涉儀，它的探測器件含有一個約瑟夫森結的超導環和一個與之相耦合的射頻諧振器。

下圖為DC-SQUID和RF-SQUID的結構示意圖，可直觀看到兩種SQUID磁傳感器的區別。

▲DC SQUID和RF SQUID的示意圖

作為靈敏度極高的磁傳感器，SQUID超導量子干涉儀可用于生物磁測量、大地測量、無損探傷等領域各種弱磁場的精確測量，如超導體在Tc附近磁化率的漲落、在較寬溫度范圍內生物化學樣品的磁化率、巖石磁力、極低溫度下的核磁化率等。

▲幾種多晶樣品在1T直流場的變溫磁化率（來源：測試狗）

超導體材料為什么要測磁化率？超導跟磁化率有什么關系？這要從超導發現的歷史說起

那么，為什么韓國超導低溫學會驗證超導體材料就要測磁化率？超導體跟磁化率有什么關系？這可能需要從超導體發現的歷史說起。

1911年，荷蘭萊頓大學的卡莫林-昂尼斯（Heike Kamerlingh Onnes）意外地發現，汞在-268.98°C時電阻消失的現象；后來又有許多金屬和合金被發現都具有與汞相類似的低溫下失去電阻的特性，由于它的特殊導電性能，卡莫林-昂尼斯稱之為超導態。

卡莫林由于他的這一發現獲得了1913年諾貝爾獎。這一發現引起了世界范圍內的震動。在他之后，人們開始把處于超導狀態的導體稱之為“超導體”。超導體的直流電阻率在一定的低溫下突然消失，被稱作零電阻效應。導體沒有了電阻，電流流經超導體時就不發生熱損耗，電流可以毫無阻力地在導線中流大的電流，從而產生超強磁場。

▲卡莫林-昂尼斯（Heike Kamerlingh Onnes）和超導性的發現（來源：A Hundred Years of Superconductivity）

1933年，荷蘭的邁斯納和奧森菲爾德共同發現了超導體的另一個極為重要的性質，當金屬處在超導狀態時，這一超導體內的磁感興強度為零，卻把原來存在于體內的磁場排擠出去。對單晶錫球進行實驗發現：錫球過渡到超導態時，錫球周圍的磁場突然發生變化，磁力線似乎一下子被排斥到超導體之外去了，人們將這種現象稱之為“邁斯納效應”（Meissner effect）。

后來人們還做過這樣一個實驗：在一個淺平的錫盤中，放入一個體積很小但磁性很強的永久磁體，然后把溫度降低，使錫盤出現超導性，這時可以看到，小磁鐵竟然離開錫盤表面，慢慢地飄起，懸空不動。邁斯納效應有著重要的意義，它可以用來判別物質是否具有超性。需要補充的是，直到目前為止，也未發現除了超導體外的其他原因能產生這一現象。

電阻是由磁場導致的。電流會產生磁場，從而形成阻力。阻力的變化則會改變電流，又會反過來改變導體內部的磁場。

也即是說，就目前的科學研究結果來說，零電阻的物體里面就不存在磁場，對施加的任何磁場表現出完全的抗磁性——即邁斯納效應。

所以，韓國超導低溫學會才提出用SQUID——目前地球上最靈敏的磁傳感器，來監測樣品的磁化率。如果該樣品里面不存在磁場，那么基本可以確認是超導體。

目前發現的超導體材料，均是在“極端溫度”和“極端壓力”等條件下才能實現的，因此對實際應用意義有限。

從1911年至今100多年，人們一直致力于尋找常溫常壓超導體。

▲來源：新智元

人類為什么致力于尋找常溫常壓超導體？

如果說人類文明起源于對火的使用，那么對電的發明和使用就像人類再次發現了“火”。

自從人類發現并掌握電以來，電的用途無處不在，交通、取暖、照明、電訊、計算等等，幾乎所有機器都離不開電，就像人離不開水一樣。

現代社會，電和水對人類來說幾乎同等重要。水和電也是現代城市最離不開的兩樣東西，因此馬化騰曾說騰訊要做互聯網的水和電——事實上這就是微信在當前中國互聯網的地位。

而電最大的障礙就是電阻——在電的傳輸過程中無處不在，電阻不僅消耗電而且會產生熱。

譬如半導體產業中，目前芯片制造過程中需要消耗大量的電能，公開數據顯示，預計2025年臺積電用電量將占中國臺灣整體的12％。其中至少有一半的能源由于電阻，消耗在了傳送的路上。

因此，常溫常壓超導體的出現，首先在電的傳輸線路——超導電線，在沒有任何電阻的情況下，意味著超導體能以無損的方式傳輸電能，從而實現能源效率的最大化。

此外，對計算機等電子產品的設計將產生翻天覆地的變化，芯片的設計將不用再考慮發熱的問題，這樣高速計算、高速傳輸、小型化等設計將更為容易，不再需要散熱系統、光纖被取代、先進制程門坎降低等等。

有資料推測，使用超導體即使是小如iPhone的手機，都能擁有與量子計算機匹敵的運算能力。

我們現在的高鐵可能就被磁懸浮列車所取代，因為常溫常壓超導體材料從內部排出磁場，這使得它們成為強大的電磁鐵。

我國中車四方研制的高速磁浮交通系統達到時速600公里，磁懸浮以時速600公里從北京開到上海貫穿1000多公里只需要2.5個小時，同樣的距離乘坐飛機需要3小時，高鐵5.5小時。所以在1500公里的范圍內行駛，該磁懸浮是最快的交通工具。

對傳感器、儀器等等所有行業均具有顛覆性，我們上文中提到的SQUID磁傳感器，目前只能使用高溫超導或低溫超導材料，因此使用條件苛刻，如果有室溫超導材料的SQUID磁傳感器，就能直接降低該儀器的使用限制。

結語：人類文明處于爆發前夕？

近年以來，科技領域接連來了許多重大突破，從未如此密集：Ch-a-t-g-pt、AI-GC、數字虛擬人、CPO光模塊、算力、液冷服務器、4D毫米波雷達、鎵和鍺的應用、固態電池、減速機、機器人、無人駕駛、智能座艙、存儲器、Ch-i-p-l-et、低軌衛星、太空光伏……

現在，常溫常壓超導體似乎到了“未來已來”的時刻，與以往很快被證偽的論文不同的是，本次隨著多個大學的復現，雖然不能直接鑒真，但也難以證偽——未來可期。

我們，正走在不斷將未來變成現實的路上，“未來已來”這一刻似乎不太遠。

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審核編輯 黃宇