「室溫常壓超導體」為何科學界超重視?專家曝關鍵:改變人類生活

▲南韓科學團隊宣稱,他們找到了名為LK-99的「室溫常壓超導體」,目前各國不少實驗室,都已經著手進行驗證。(圖/sciencecast)
記者潘毅/綜合報導-2023-07-28 14:42:26
全球科學界近期陷入瘋狂!因為南韓科學團隊宣稱,他們找到了名為LK-99的「室溫常壓超導體」,目前各國不少實驗室,都已經著手進行驗證。對此國內專家也坦言,若這個LK-99經驗證後可實際應用,「真的有可能獲得諾貝爾獎,對物理界及科技產業產生重大的影響」。

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台灣科技媒體中心邀請臺灣研究超導體的專家們,針對本次南韓科學家宣稱成功找出室溫常壓的超導體的善紀,依據自身研究經驗發表看法。國立成功大學物理學系助理教授黃建龍表示,此結果如果證實為真,商用與消費電子的關鍵元件一旦從半導體換成超導體,「散熱」這個名詞將成為過去式,更能達到永續能源。

但國立臺灣大學物理學系教授王立民也提醒,這次的成果仍待進一步更精密的確認在完全零電阻、完全抗磁性的數值。目前南韓團隊研究的樣品裡面所含的超導體比例不高。

📍超導體是什麼,可以用來幹嘛?

黃建龍助理教授解釋,超導體是一種在特定溫度以下具有零電阻和抗磁性的材料,此溫度稱為超導溫度。科學家在1911年發現第一個超導體元素汞。

國立中山大學物理系講座教授楊弘敦舉例超導體的應用,在零電阻的情況下,傳輸電能的導線不會發熱、也不會造成能源的傳輸耗損。

王立民教授指出,超導體可廣泛應用於能源、醫學、電子、軍事與交通,如磁浮列車等等。而室溫超導體一直為人類追求之夢想。如能實現,代表新一次的工業革命之來臨。

▲若「室溫超導體」被發現,且能運用在傳輸電能,將不會造成能源的傳輸耗損。(示意圖/Pexels)
📍為何這科學界如此重視這次南韓的研究?

王立民教授指出,目前,最高溫的常壓(1大氣壓)下超導體的材料為汞鋇鈣銅氧化物,溫度可在攝氏零下138度(135K),仍遠低於室溫攝氏27度(300K)。因此,室溫超導體一直為人類追求之夢想。如能實現,代表新一次的工業革命之來臨。

黃建龍助理教授解釋,這次南韓的研究團隊所發現的超導體,在室溫常壓下即具有超導性。此結果如果證實為真,將撼動整個人類社會。商用與消費電子的關鍵元件一旦從半導體換成超導體,「散熱」這個名詞將成為過去式,更能達到永續能源。

楊弘敦教授也表示,早年第一次發現的超導現象,都發生在很低溫且需要昂貴液態氦才可能達到的攝氏零下約269度的環境,因此科學家第二個突破目標就是尋找攝氏零下196度的液態氮以上的「高溫」超導體,由於液態氮相對取得容易且較便宜,就可以大幅度的減少成本。

經過約70多年的努力後,真如所願瑞士的科學家們在1986年突破性地發現了高溫超導體,隔年即由華裔科學家發現超越攝氏零下180度的超導體,使瑞士的學者在1987年得到諾貝爾物理獎。可惜的是該類銅氧化物高溫超導體,屬於陶瓷材料,機械性質差、加工不易,應用在工業上的進展緩慢。因此這次南韓研究團隊發現常壓室溫下超導體的消息一出,受到很大的關注,若能經過證實,真的有可能獲得諾貝爾獎,對物理界及科技產業產生重大的影響。

▲超導體可廣泛應用於能源、醫學、電子、軍事與交通,如磁浮列車等。(示意圖/記者陳致宇攝)
📍為何超導體這麼難找?

楊弘敦教授表示,產生超導現象的基本物理原理是「量子效應」,由於其間電子的相互作用力相對薄弱,容易受熱擾動(如室溫攝氏25度)的影響甚至破壞超導現象,這也是為什麼難以找到常壓室溫超導體的關鍵。

黃建龍助理教授坦言,最困難的地方是科學家尚未掌握室溫超導的成因。既然無法解釋,也就無法知道製造出室溫超導體的方法。大部分的時候,科學家們都是意外地發現具有高超導溫度的超導體,絕非按圖索驥而成。

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王立民教授也解釋,超導體雖然已歷經百年之研究,然背後之物理機制仍未完全明朗,尤其是在1986年所發現高溫超導的銅氧化合物,其產生之原因仍不明確,這也是難以找到室溫超導的主要原因。值得注意的是,近年來許多宣稱在極高壓(百萬大氣壓)下發現的近室溫超導體,純粹只是在比較誰擁有更強大的加壓工具,不具學術或應用意義。

▲過去發現的超導現象,都發生在很低溫,且需要使用上液態氮等物質才能實現。(示意圖/wikipedia@Cory Doctorow)
資料來源:台灣科技媒體中心。

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