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科学是怎么变成热搜的？「室温超导」“爆火”后的冷思考
光子盒研究院
一场围绕超导材料的闹剧
在一个月内落幕
科学迷思从何而来？
要知道，这距离上一次“狼”来了还没过多久——
关注者们磨拳擦掌
讨论这一革命性成果
对科技产业
商业格局
国际关系的影响
——跃跃欲试迎接历史新纪元
与Dias事件相比，LK-99事件多了些许粗犷气质，容易让人联想起烧丹炼汞的道士。韩国量子能源研究所并非罗切斯特大学那样声名显赫的学院，而是一家仅有2名员工的科技公司，办公场所位于首尔的一栋4层小楼。材料LK-99的命名与其化学组分无关：L和K分别取自发现者李石培和金智勋的名字首字母，99则代表发现年份1999年。
不论这家公司背景如何，其实验团队至少比Dias团队的态度要诚恳得多。Dias并没有公布材料组分的比例，让如何制备、如何测试这种材料都显得扑朔迷离；相比之下，量子能源研究所团队开诚布公地展示了制备方法，还摆出等待全世界检验的自信姿态。更何况，这么优越的特性、这么简单的制备方法，简直是人人都能自己试一试。
金融界的反应也相当及时。据南都大数据研究院统计，A股室温超导概念板块的15只概念股，在7月25日至8月2日大多股价飙升。这种行情迫使多家公司发布针对交易异常的公告，澄清业务范围与超导材料并无关联。在美国，“国家实验室支持 LK-99”的消息也立刻让一家名为“美国超导（AMSC）”的公司股价在8月1日暴涨，盘中最高涨幅竟达到 72%。讽刺的是，美国超导的主营业务并非超导材料，仅仅是名称沾边，就被推上了股价过山车。
一夜之间
全民“凝聚态物理”
然而，少有人提及物理学界的反应。事实上，就连引起刷屏的研究团队本身，都出现了内讧。命名LK-99材料的两位研究者在接受采访时表示，论文是团队内其他成员未经同意擅自发布的，他们已经要求撤回论文。这导致了8月2日前暴涨的相关股票快速下跌；其中，无辜躺枪的美国超导股价于8月2日跳水30%。
毫无疑问，零电阻和完全抗磁都是极其诱人的特性。不用想得更深，只要想到“超导材料可以让电力输运的损耗降至零”那么它的技术前景都已经非常可观了。
首先，LK-99过于简单的制备方式的确令人怀疑。打个比方，要想自酿果酒，用常见的厨房器具就能不太费事地做到。但要想把低度果酒变成白兰地，不靠专门的蒸馏设备是不可能的。当然，工业材料不是酒，但在物理和化学发展高度精细化的今天，实在很难设想，过去需要通过复杂的制备流程才能获得的特性，竟然能够如同道士炼丹一样轻易获得。
“美国国家实验室支持 LK-99 是室温超导材料”也是一种过度夸大的说法 —— 这仅仅是劳伦斯伯克利国家实验室的一名研究人员，利用已知的物理理论进行了一些模拟计算而已。进行模拟计算、将结果发布在论文预印本网站上，都属于当今自然科学研究的常规做法。物理学界的专业人士对于这一模拟计算的评价普遍不高：密度泛函理论能否处理这个情形，令人生疑；虽然勉强能解释宣称发现的现象，但却不能预测任何新的现象。甚至有专业人士认为，这种忙着为热点实验打事后补丁的“模拟计算”，属于机会主义操作。
后续针对LK-99的一系列测试，也无法提供有力的证据。点击量极高的“磁悬浮验证视频”，最多仅能说明LK-99是一种抗磁性材料。然而，“抗磁性”与“完全抗磁性”有本质区别。实际上，如果外加磁场足够强，就算是一只青蛙都能悬浮起来。总不能说青蛙是超导体吧！这种“验证视频”，是对既有物理学知识的过度简化，可能误导不了解专业知识的观众。
但事件的另一些侧面，也值得反思：为什么会出现“人人都懂凝聚态”的现象？为什么还没有经过严格检验的结论，能先入为主地占据围观者的思维？这仅仅是对于动荡时局的集体情绪反应吗？
另一方面，科研新动向引来大量讨论以及政商精英押注，过去也曾发生、且造成严重后果。《恶血：一个硅谷巨头的秘密与谎言》所讲述的故事便是一例。从斯坦福大学肄业的Elizabeth Anne Holmes创办了血液检测公司希拉诺斯（Theranos）。她宣称自己发明了一种仪器，仅凭一滴血就能检测数种疾病的风险。尽管这项技术从未得到过同行验证，希拉诺斯却仍然在几年间成长为生物科技行业的独角兽公司：2015年，估值达90亿美元。
当然，希拉诺斯并没有真的研发出过人的技术，因此在建立在谎言之上的“高新科技公司”的最终溃败，可以说是必然。但是值得注意的是，在希拉诺斯风头最盛之时，它得到过不少美国政商名流的支持：前国务Henry Kissinger、前国务卿George Pratt Shultz、前国防部长James Mattis 等。这里最富戏剧性的当属Shultz：在与Holmes会面仅仅两小时后，Shultz就加入了公司董事会；甚至在大厦将倾之时，Shultz也不愿意将不利的内部消息透露给媒体。
但在 LK-99 社交媒体推动的起起落落的余辉逐渐消退的过程中，可能值得我们认真审视最初推动所有这些兴奋的因素。事实上，“LK-99 事件”为我们带来了室温超导的新希望；也没有理由认为室温超导是不可能的。而室温超导之所以重要，是因为它有可能彻底改变科学技术的多个方面。当下，寻找在室温下稳定且可大规模生产的超导材料是另一个重要的研究方向。目前的室温超导体需要极高的压力，限制了其实际应用；如何在常压或较低压力下实现室温超导也是主要的技术挑战。
这一结论打破了人们对 LK-99 —— 一种铜、铅、磷和氧的化合物（标志着发现了第一种在室温和环境压力下工作的超导体）的希望。相反，研究表明，材料中的杂质：特别是硫化铜，是导致电阻率急剧下降和部分悬浮在磁铁上的原因，这看起来与超导体表现出的特性相似。
对此，加州大学戴维斯分校的凝聚态实验学家 Inna Vishik 说：“我认为事情在这一点上已经有了定论。”
LK-99 的传奇始于 7 月下旬，当时首尔一家新成立公司量子能源研究中心的 Sukbae Lee 和 Ji-Hoon Kim 领导的团队发表了预印本，声称 LK-99 在常压和温度至少高达 127 ºC（400 开尔文）的条件下是一种超导体。在此之前，所有被证实的超导体都只能在极端温度和压力下发挥作用。
这一非同寻常的说法迅速吸引了对科学感兴趣的公众和研究人员的注意，其中一些人试图复制 LK-99。最初的尝试没有发现室温超导的迹象，但也不是决定性的。现在，经过数十次的复制努力，许多专家自信地表示，证据显示 LK-99 并非室温超导体。
韩国研究小组根据 LK-99 的两个特性提出了自己的观点：在磁铁上悬浮和电阻率骤降。但中国科学院的研究小组找到了这些现象的世俗解释。
链接：https://arxiv.org/abs/2308.04353
另一项由美国和欧洲研究人员进行的研究结合了实验和理论证据，证明了 LK-99 的结构如何使超导不可行。其他实验人员合成并研究了 LK-99 的纯样品，消除了对这种材料结构的怀疑：证实它不是超导体，而是绝缘体。
当时，澳大利亚墨尔本莫纳什大学物理学家Michael Fuhrer评价道：“现在，或许只有韩国研究小组分享他们的样品，才能进一步证实这一点。”
也许最能证明 LK-99 超导性的证据是韩国团队拍摄的一段视频，视频显示一个硬币形状的银色材料样本在磁铁上晃动。韩国小组说，样品之所以悬浮是因为迈斯纳效应--超导性的标志之一，在这种效应中，材料会释放磁场。随后，社交媒体上流传着多段未经证实的 LK-99 悬浮视频，但最初试图复制这一发现的研究人员都没有观察到任何悬浮现象。
2）只悬浮“一半”？
马萨诸塞州剑桥市哈佛大学的前凝聚态物质研究员Derrick van Gennep发现了一些问题，他现在从事金融工作，但对 LK-99 很感兴趣。在视频中，样品的同一条边缘似乎粘在磁铁上，看起来平衡得很微妙。相比之下，悬浮在磁铁上的超导体可以旋转，甚至可以倒持。
Van Gennep认为 LK-99 的特性更可能是铁磁性的结果。于是，他用压缩石墨屑制成了一个颗粒，上面粘有铁屑。Van Gennep制作的视频显示，他的圆盘（由非超导铁磁材料制成）模仿了 LK-99 的行为。
视频地址：https://twitter.com/VanGennepD/status/1688052003216261120
8 月 7 日，北京大学的研究小组报告说，他们的 LK-99 样品出现这种“半悬浮”现象是因为铁磁性。研究报告的共同作者、凝聚态物理学家李源说：“这就像锉铁实验一样。小球会受到一个提升力，但这个力不足以让它悬浮，只足以让它在一端保持平衡。”
李和他的同事测量了样品的电阻率，没有发现超导现象。但他们无法解释韩国团队看到的电阻率急剧下降的原因。
3）不纯的样品
韩国作者在他们的预印本中指出，在一个特定的温度下，LK-99 的电阻率下降了十倍，从大约 0.02 欧姆-厘米下降到 0.002 欧姆-厘米；当时的温度是104.8ºC。
合成 LK-99 的反应使用了一个不平衡的配方：每生成 1 份掺铜的磷酸铅晶体（纯 LK-99），就会产生 17 份铜和 5 份硫。这些残留物会产生大量杂质，尤其是硫化铜，韩国研究小组在其样本中就发现了硫化铜。
硫化铜专家Jain记得 104ºC 是 Cu2S 发生相变的温度。低于这一温度，暴露在空气中的 Cu2S 的电阻率会急剧下降——这一信号与 LK-99 声称的超导相变几乎相同。
在8 月 8 日的文章中，中科院团队报告了 LK-99 中 Cu2S 杂质的影响。当时，中科院物理学家雒建林说：“不同含量的 Cu2S 可以用不同的工艺合成。研究人员测试了两个样品：第一个样品在真空中加热，Cu2S含量为5%；第二个样品在空气中加热，Cu2S含量为70%。”
第一个样品的电阻率在冷却过程中相对平稳地增加，与其他复制尝试中的样品相似。但第二个样品的电阻率在接近112 ºC（385K）时急剧下降，与韩国团队的观察结果非常吻合。
要对 LK-99 的特性做出定论是很困难的，因为这种材料很微妙，样品中含有不同的杂质。因此，足够接近原样的样品足以检验 LK-99 在环境条件下是否是一种超导体。
4）“晶莹剔透”的LK-99
有了对电阻率下降和半翘曲的有力解释，许多人确信 LK-99 不是室温超导体。但谜团依然存在，即这种材料的实际特性是什么？
利用密度泛函理论（DFT）预测 LK-99 结构的初步理论尝试暗示了一种有趣的电子特征，即“平带(flat band)”。在这些区域中，电子移动缓慢，并可能具有很强的相关性。在某些情况下，这种行为会导致超导。但这些计算是基于对 LK-99 结构未经验证的假设。
为了更好地了解这种材料，美欧研究小组对其样品进行了精确的 X 射线成像，以计算 LK-99 的结构。最重要的是，成像使他们能够进行严格的计算，从而澄清了平带的情况：它不利于超导；相反，LK-99 中的平带来自于强局域化电子，它们无法以超导体所需的方式“跃迁(hop)”。
8 月 14 日，位于德国斯图加特的马克斯·普朗克固体研究所的另一个研究小组报告合成了纯净的 LK-99 单晶体。与以往依赖坩埚的合成尝试不同，研究人员使用了一种称为浮动区晶体生长(floating zone crystal growth)的技术，从而避免了在反应中引入硫，消除了 Cu2S 杂质。
结果产生了一种透明的紫色晶体——纯 LK-99，即 Pb8.8Cu1.2P6O25。从杂质中分离出来的 LK-99 不是超导体，而是绝缘体，其电阻高达数百万欧姆，高得无法进行标准电导率测试。它显示出轻微的铁磁性和二磁性，但还不足以实现部分悬浮。
——“因此，我们排除了超导存在的可能性。”
研究小组认为，在 LK-99 中看到的超导迹象可归因于 Cu2S 杂质，而它们的晶体中不存在这种杂质。