中美俄科学家复现韩国的室温超导？你可能误解了“复现”

• 2023-08-05 09:07:03 来源：澎湃新闻

最近，韩国科学家宣称的室温常压超导成了全球最热的话题之一。我基于自己的专业知识以及我看到的超导专家的解读，写了两篇文章（韩国科学家声称实现室温超导？可他们的做事方式就证明他们不靠谱）（韩国科学家的室温超导反转了？其实完全没有），基本解释清了这个问题。最基本的结论是，这些韩国科学家并没有实现超导，他们错把一个没有超导的材料当成了超导。

(资料图片仅供参考)

这其中一个很强烈的证据，就是超导实验专家、南京大学闻海虎教授在接受《科技日报》采访时，指出了韩国科学家在各种实验数据方面的错漏，指出他们实际上没有任何零电阻的证据。闻老师很明确地说，这是超导假象。

闻海虎教授在科技日报微博称韩国团队的超导是超导假象。

不过，最近有不少网友和媒体来问我说，听说有研究组复现了韩国团队的结果，请问是怎么回事（世纪奇迹！华科师徒全球首个复现韩国室温超导磁悬浮，美国超导盘中暴涨150%）？有记者引用的说法是，中美俄都有研究组复现了韩国团队的结果，中俄是实验，美国是理论。这听起来，室温超导得到了很多支持？

看来这类问题具有一定的典型性，我就在这里简短地解读一下。最基本的回答是，这种说法可能错误了理解“复现”这个词。如果说，有人复现了这种材料有磁性质，那是可以成立的。如果说，有人复现了这种材料有室温超导，那是完全不成立的。

我们可以打个比方，把材料各种性质的稀奇程度用下围棋的水平来比喻。比如说，有抗磁性是初段（绝大多数材料都有抗磁性，例如水，有人能把青蛙加磁场悬浮起来《袁岚峰对话诺奖得主安德烈·盖姆（上）用胶带撕出石墨烯，诺奖得主：我们的想象不该被限制》，就是因为水有抗磁性），有铁磁性（例如铁、钴、镍）是三段，有常规超导（40 K以下的超导，能用BCS理论解释的，例如水银、铌三锡）是五段，有高温超导（超过40 K，BCS理论不足以解释，需要某种现在还不清楚的理论解释的，例如1986年发现的铜氧化物超导和2008年发现的铁基超导）是七段，那么室温超导可以算是九段（目前还没实现，许多人在尝试通过加压强来实现这个目标），而室温常压超导可以算作十段（比高压下的室温超导还要难得多，目前完全没有理论指导）。

1972年诺贝尔物理学奖

1987年诺贝尔物理学奖颁给两位发现铜氧化物超导的科学家

用这样的比喻，就可以说，韩国科学家宣称自己的材料达到了十段，但闻海虎老师的分析是，目前看来它最多只有三段。这个材料肯定有某种磁性，究竟是抗磁性还是铁磁性还需要更多实验数据。那些所谓实验复现，都是在这个层面，说它有磁性，但本来就没人否认它有磁性啊？然而真正重要的是它宣称自己达到了十段，但现在完全没有证据证明它达到了五段，更不用说十段了。所以我感到很有趣，为什么有这么多人对着一个三段的实验证据沸腾，他们把它错误地当成了十段。

而且还有一点值得强调的是：目前包括原始论文和“复现”结果，均未经过同行评议后发表在正规科学期刊。而同行评议是鉴别“段位”的第一步，未经同行评议的论文，只能当做网络“发帖”而已。也就是说，目前还不能确认任何的段位。

在实验方面，为什么韩国科学家的证据不足以证明这种材料是超导，我前面两篇文章已经解释过两次了（韩国科学家声称实现室温超导？可他们的做事方式就证明他们不靠谱）（韩国科学家的室温超导反转了？其实完全没有），在这里不再赘述。在理论方面，就是记者问的，所谓美国劳伦斯伯克利国家实验室提交了一篇论文（刚刚，常温常压超导首被证明理论可行：美顶尖实验室论文出炉），使用美国能源部的计算能力进行模拟，为这种材料的超导性找到了理论基础。这个问题可能值得好好解读一下，因为我自己就是做理论的，相对比较了解公众容易在什么地方迷惑。

首先最基础的，这篇文章压根没有“复现”这种材料具有超导，更不用说室温超导。它说的是，计算显示这种材料具有一些性质（平坦的能带），根据经验这些性质跟超导的关联性比较高，所以这对超导是有利的。仅此而已。用前面下围棋的比喻来说，就是我感觉你有可能达到五段，但这只是个可能，至于十段就更没影子了。

然后，这篇文章并不能代表劳伦斯伯克利国家实验室的官方态度，因为它只是这个实验室的一位研究人员发了一篇预印本（不是正式论文）。比如说我做了一个计算，写一篇文稿发到arXiv去，难道就能说我代表了中国科学技术大学的态度吗？当然不能。

至于说用到美国能源部的算力，同样是在外行听起来好像是有权威机构背书，实际上不能说明任何问题，因为这只是租用人家的计算机时间而已。好比我在中国的超级计算机“神威太湖之光”上做个计算，就说神威太湖之光支持我的结果，这可以吗？当然不可以，因为人家只是提供算力而已，算得对不对完全是使用者的事。

神威太湖之光。

最后，如果大家对计算化学理论感兴趣，我可以稍微讲一些专业的解读。此文的标题叫做《铜取代的铅磷酸盐磷灰石中相关孤立平坦能带的起源》（Origin of correlated isolated flat bands in copper-substituted lead phosphate apatite），基本内容是说作者做了密度泛函理论（density functional theory）计算，发现这种材料在费米能级具有相关的孤立平坦能带（correlated flat bands at the Fermi level），这是高温超导材料的普遍信号（common signature）。

《铜取代的铅磷酸盐磷灰石中相关孤立平坦能带的起源》

学过计算化学的人会明白，能带是一种平均场近似的语言（平均场的意思是，假定对于一个电子而言，其他电子的影响可以描述成一个平均的场，而跟这些电子的瞬间位置无关，这样就可以把各个电子的运动分开考虑）。跟平均场相对的叫做强关联（即多个电子的运动互相关联，不能把它们分开），强关联会给计算增加极大的困难。超导是一种强关联现象，而强关联现象目前没有精确的计算方法。

因此，用这种计算是不能可靠地预测超导的。最多只能说在这种近似理论下得到这种结果，是有利于出现超导的，但是不是真的超导，没法算出来。

而且学过超导理论的人还知道，BCS理论有个麦克米兰极限（McMillan limit），意思是常压下的超导转变温度不能超过40 K。超过40 K就是高温超导了，而高温超导的理论直到现在都不清楚。所以即使通过平均场计算预测某个材料可能有超导，也只能在超导转变温度低于40 K的时候做比较定量的预测。如果超过40 K，仍然是一头雾水。

所以，这篇理论文章的结果即使是正确的，意义也很有限。它离解释室温常压超导的距离，就好比说某人“有可能会下围棋”和说此人“已经是世界第一高手”之间的距离。这根本不叫“复现”。

大家明白了吗？

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