《#室温超导# LK 99 到底是真还是假?》
麻省理工学院 唐爽
经过我们集中精力对室温超导新材料的实验和理论研究,结果大概清楚了。
首先,我们先不谈室温超导性的真假,我检查了一下这种新型材料的电子能带结构图。我发现一个重要现象,就是其电子的费米能级附近存在至少两条非常平坦的色散度很小的能态。这说明其费米面附近的电子能态密度会有一个很接近delta函数的突变峰,或者说奇点。根据本世纪的“唐爽-崔瑟豪斯理论(Tang-Dresselhaus Theory)”和上世纪的“希克斯-崔瑟豪斯模型(Hicks-Dresselhaus Model)”,该材料如果被用作固态发电,很可能会拥有超高的生成电压和超高的功率因子;如果用作固态制冷,很可能会拥有极大的塞贝克系数和性能系数,可能会将热电能源、卫星遥感、空间制冷等技术,推向一个崭新的水平。当然,我还没有看到该材料的热导系数、热稳定性、材料力学数据
室温常压超导为什么是一个非常诱人的课题呢?如果能够产生工业级量产的室温常压超导材料,我觉得用“诺贝尔奖”和“第三次工业革命”这种词,都不一定配得上这项突破。室温超导能为目前全球聚焦的几个领域带来全新的局面,整个人类的科技现状、政治平衡、经济模式将会被完全改写。
一、室温超导对新能源的影响
目前世界面临的能源危机、碳排放争端等,很大程度上是因为能源的应用效率太低。绝大部分能量并非被消耗在汽车动力、家庭电器、工业生产等使用时的有用功耗上,而是以焦耳热的形式耗散在了电阻上,比如电力的传输、用电器的废热、储能装置的内阻等。而超导体中不存在电阻,因此可以确保电力被完全运用在该用的地方。也就是说,应用超导体后,唯一制约发电装置和用电设备功效的将只会是热力学第二定律和卡诺定律,以及一些机械上的不可逆过程。换言之,这些装置和设备的品质因素(figure of merit)将会从现在的10以下,向无穷大看齐!因此,可能就不会存在能源危机了。这就好比地主家有30年库存粮时,不会去在乎要不要花10年的粮米来修补一下盛米碗上的破洞。那还有没有新能源需求呢?
二、室温超导对半导体芯片的影响
现在的芯片是基于半导体技术的二极管、三极管原件组成的,采用冯氏计算机和2进制原理,而超导体可以促进轻松构建量子计算机,其计算速度将是现行半导体芯片的10的N次方。这样一来,现行的半导体芯片也就没有什么大的吸引力了,就好像弯弓快箭和原子弹的区别。而且各个国家的芯片优势和芯片霸权将迅速归0,所有人员将回到赛道的起点,一切从零开始竞争。那还打什么芯片战争呢?
三、室温超导对交通方式的影响
众所周知,磁悬浮列车技术是基于超导的抗磁性,其特点就是快,其缺陷就是贵!如果室温常压超导材料能够工业量产,那磁悬浮也就可以迅速普及,城际交通、国际运输,乃至洲际旅行都将更为快速、方便和有序。那昂贵的新型汽车、新型飞行器还会是急于发展的产业方向吗?
四、室温超导对政治和经济的影响
说句题外话,一个有趣的现象:室温超导LK99材料发布以后,美国某超导企业股票涨幅曾达到200%。从我作为一名技术人员的逻辑上看,确实百思不解。如果该新型室温超导新材料的复现数据不理想,那说明超导技术方向不明朗,那这支股票就不应该涨;如果该新型室温材料的复现数据很理想,那说明之前企业的这些零下200多度才能实现的超导技术就几乎没有太大竞争力了,如同武状元遇到AK47,那为什么他们的股票还会涨呢?
我不是很懂政治和商业,但任何一个室温超导的项目,可能都会成就一个千亿级的企业。更重要的是,作为民主党主要政治议题的能源、环保、碳排放、半导体,都将不复存在。全球的经济困境如果迎刃而解了,接下来,大家关注什么、争论什么呢?
当然,这些都是设想。实际上,我们测量出来的材料性质,既不像研究者想象的那样振奋人心,也不像另一些关注者猜测的那样一无是处。我能得出的结论是,这个方向一定是对的,一定是开创性的,沿着这条路走,一定会有收获。
(图3能带及态密度参考自Lawrence Berkeley国家实验室2307.16892号预印)