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南韓開發出超導體LK-99 到底是科學聖杯或騙局?為何目前各方共識認為,它可能不是大家期盼的常溫半導體?

南韓開發出超導體LK-99 到底是科學聖杯或騙局?為何目前各方共識認為,它可能不是大家期盼的常溫半導體?
▲韓國研究團隊聲稱找到可在常溫常壓下,達到零電阻的超導體LK-99。圖為超導體LK-99在室溫下展現抗磁性,圖翻攝於論文協作者發布在ScienceCast上的影片。

宋江敘

科技

取自ScienceCast網頁sciencecast.org、shutterstock

2023-08-29 11:00

南韓科學家日前公布一項引發全球熱議的研究成果,聲稱開發出能在常溫常壓下運作的超導體「LK-99」,在傳導過程中不會耗損電流,具有顛覆能源、科技及運輸等各種產業的潛力。

有人認為,此項重大突破將開啟材料界的新篇章,預示新科技時代的來臨,台灣、南韓及美國的超導體概念股行情也因此一度被炒熱。

不過激情過後,質疑聲浪卻排山倒海而來,究竟是找到了科學界的聖杯?或只是一場騙局?

 

超導體有兩大特性 用途遍及電網及磁浮列車

 

超導體之所以造成轟動,是因為其特殊之處在於零電阻。目前多以銅線傳送電力,傳輸效率算不上完美,電流通過銅線時,會發生碰撞,產生熱能,導致能源損耗,這就是所謂的電阻。

 

電網在輸送電力時,會因電阻流失10%電力,電子產品也會因電阻而出現能源耗損。但若改用超導體材料傳送,幾乎不會有電力損耗。

 

超導體的另一特性為反磁性,會排斥磁場,使磁力線不能通過,也就是所謂的「邁斯納效應」(Meissner effect)。簡單來說,如果在超導體周遭放置磁鐵,會產生排斥現象,讓磁鐵漂浮在超導體之上。

 

 

日本中央新幹線正在運用相關原理,打造往來東京與名古屋間的超導磁浮列車(SCMaglev)。

 

這種列車先以橡膠輪胎行駛,時速達150公里後,再交由超導磁浮系統接手,磁力能讓列車離地100公厘,以減少摩擦、加快速度,最高時速為603公里。

 

常溫超導體可減碳 省更多電

 

超導體用途相當廣泛,連處於科技頂端的量子電腦和核融合都運用此種技術,但當前超導體的使用條件極為嚴苛,溫度需降至接近攝氏零下273的絕對低溫,或需要10萬倍以上的大氣壓力。

 

超導磁浮列車使用液態氦,將超導鈮鈦合金的溫度降至攝氏零下233度。氦價格高昂,且供給短缺。磁振造影(MRI)也需動用2,000公升的液態氦,冷卻儀器內的超導體。

 

上述應用均意味著現行的超導體要發揮作用,需要耗費龐大能量,嚴重限制其應用範圍。若有常溫超導體,將能徹底釋放各項應用的潛能。

 

以能源產業為例,若能用常溫超導體製作輸電纜線,可消除因電阻損失的10%電力,電力可望增加10%。這代表無須興建更多發電廠、不用排放更多溫室氣體,就能有更多電力。

 

科技業也能受惠,電阻就像是速限,會減緩晶片的運算速度,若用常溫超導體製作晶片,能提升速度、減少能耗,智慧手機和筆電將可更輕薄短小,也能支援人工智慧(AI)所需的龐大算力和能源。

 

郭明錤:超導狀況將顛覆既有產品設計

 

天風國際證券分析師郭明錤,在原名推特的X平台上發文說:「超導狀況 (電阻消失) 特性將會顛覆既有的產品設計與材料/技術採用,例如:不再需要散熱系統、光纖/高階CCL被取代、先進製程門檻降低等,即便是小如iPhone的行動裝置,都能擁有與量子電腦匹敵的運算能力。」

 

那麼,LK-99究竟是不是常溫超導體呢?

 

南韓研究團隊7月22日在論文預印本網站arXiv上傳了兩份研究,聲稱由鉛、磷灰石和銅製成的LK-99材料實現了這一突破。但由於論文未經同儕審查,世界各地的科學家和DIY愛好者都在嘗試複製研究結果。

 

 

目前逐漸形成的共識是,LK-99可能不是各方希冀的常溫半導體。美國馬里蘭州立大學的凝態理論中心(CMTC)總結多個研究團隊的最新發現,7日發布推文說:「很悲傷的是,我們現在相信遊戲結束了,LK-99不是超導體,即便在室溫(或極低溫時)也不是。這是有極高電阻的劣質材料。就是如此,無須與事實爭辯。」

 

CMTC引述的試驗包括台灣大學研究在內,指出其實驗室製造出來的LK-99,具有某些反磁性,但沒發現零電阻特性。印度國家物理實驗室(National Physical Laboratory of India)也做了相似的結論。北京大學量子材料科學中心則表示,發現這種材料有鐵磁性(非抗磁性),但沒有超導性。

 

美國普林斯頓大學Schoop實驗室、德國馬克斯普朗克固態物理研究院、西班牙Ikerbasque科學基金會進行了聯合研究,結論是LK-99可能為磁鐵,卻未展現出超導現象。

 

全球知名的《科學期刊》8日發布文章提到,美國阿岡國家實驗室理論學家諾曼(Michael Norman)說:「南韓論文發布者像是業餘人士,他們不大清楚超導現象,某些數據的呈現方式也有點可疑。」

 

這不是第一次有人宣稱發現常溫超導體,研究者甚至仿效不明飛行物(俗稱幽浮,UFO)的命名,把此類乍看深具潛力、卻不堪細究的材料取名為「不明超導物」(unidentified superconducting objects、USO)。

 

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