我們會見證超導時代的到來嗎？

從7月底開始，“室溫超導”風暴席卷全球，韓國團隊在arXiv上傳了兩篇論文，宣稱成功合成了世界上第一個室溫常壓超導體——改性鉛磷灰石晶體結構（LK-99）[1]

該實驗結果引起了科研界熱議，與此同時，各國迅速展開重復實驗，包括中國高校以及美國相關公司、實驗室，然而，無論是實驗還是理論計算，不同的論文結果卻大相徑庭。有的論文給出了支持超導的幾項證據[2][3]，有的卻說只是普通磁性材料[4]，甚至是雜質的假信號[5]。LK-99的前景也隨著論文的更新不停反轉，籠罩在LK-99上的迷霧似乎越發濃重。

眾所周知，電流的傳導需要電子的移動，而溫度則與原子的振動有關。電子在移動時，會受到振動的原子的阻礙，形成電阻。一般來說，溫度越高，電阻越大；反之亦然。常溫超導就是在材料的臨界溫度以下，原子停止振動，電子可以自由通過，從而實現零電阻的狀態。

在過去的數十年里，人們一直努力提高超導材料的臨界溫度。從1911年到1986年的75年間，臨界溫度僅從4K提高到23K，再到1986年達到35K。目前大規模應用的超導材料是1987年發現的一種，但它依然需要在液氮溫區工作，液氮的溫度為零下196℃。因此，現在有研究人員聲稱發現常壓常溫超導材料，如果為真，則將是一項具有歷史性突破的成就。

新的超導材料要想獲得認可，既需要作者給出令人信服的數據，又需要其他同行能夠重復出同樣的效果。要想確定一種新材料是否具有超導性，總需要用一臺儀器對一塊樣品做點什么。因此，對疑似超導體的驗證工作至少可以分成兩大部分：獲得一塊高質量的樣品，和對樣品完成測試。

制備樣品需要復雜的合成步驟，以及多次驗證，獲得到一份完整純凈的樣品就不是一件易事。就算獲得了堪用的樣品，怎樣用它測出有服力的數據同樣是一件技術活：常規的測電阻的方法而言，比如四探針法，樣品首先需要清潔打磨——如果磨的力量輕了，樣品表面的雜質沒被剝離，就會帶來假信號；如果磨得重了，樣品可能直接四分五裂。磨好以后，還要并排粘上四根導電電極。電極要粘得平行等長，彼此還要留出足夠的距離。從打磨到粘電極，這些顯微鏡下的精細活都要迅速完成，不然樣品在空氣中氧化變質，前面的工作就會全部前功盡棄了。

實際上在樣品表征的這一步，如果有更為簡單的非接觸式的電阻檢測技術，那對于超導材料的驗證將會變得更加容易。針對薄膜以及二維材料的電參數無損檢測需求，虹科提供基于太赫茲技術的Onyx系統，能夠無損傷、非接觸式地測量材料的多種電參數，助力超導材料的研究！

虹科方案：太赫茲Onyx系統

太赫茲波位于微波與紅外之間，具有諸多優異性質，比如沒有電離輻射，對非極性材料的優異穿透性，以及非接觸式的工作方式，在缺陷檢測、涂層測厚、參數表征功能方面具有極佳的應用前景。

虹科Onyx系統基于先進的太赫茲技術與專業算法，它是市場上第一個旨在為石墨烯、薄膜和其他2D材料提供非破壞性和非接觸式全面積表征的系統。

Onyx系統特點

可測面積大：從1x1mm到200x200mm (8")，可定制更大面積(m2)

適用范圍廣：可用于多種形態的石墨烯與碳納米管、旋涂光樹脂、PEDOT、GaN等其他二維材料

高分辨率快速表征：分辨率高達50um，掃描速度最高12mm2/min

多種參數：一次測量，即可得多種數據，包括電導率、電阻率、折射率、電荷載流子遷移率、電荷載流子密度、介電常數ε'與ε”、吸收功率、單頻特性、厚度

Onyx系統通過以非破壞性和非接觸方式表征從 >1 mm2 到大面積 (m2) 樣品的特性，填補了宏觀和納米級工具之間的技術空白，從而促進了材料研究領域的工業化。這種技術是無損檢測的，不需要樣品制備，并且可以測量樣品質量的空間分布。幾百微米量級的空間分辨率與太赫茲信號的快速采集和處理使得 Onyx 能夠快速表征大面積的樣品區域。

Onyx 符合 IEC TS 62607-6-10：2021 技術規范。IEC TS 62607-6-10：2021涉及使用太赫茲時域光譜法測量基于石墨烯的材料的薄片電阻。

太赫茲技術與傳統電參數測量技術相比，具有明顯優勢，對比見下表：

案例分享：Onyx系統測量材料的電參數

Onyx系統已被CIEMAT、NanoGune、IHP等多個客戶用于石墨烯、光伏器件以及半導體晶圓等材料的電參數性能無損表征，并有推廣工業應用的巨大潛力。

01. ITO——查看材料之間的電性能差異

02. GaN——Onyx可以發現GaN層與GaN棒上的差異

03. 在Si-ALD上的TiN

200 mm 尺度的橢偏和電導率圖的相關性：3% 的厚度均勻度與4% 的電阻率均勻度

04. ALD-ZnO 薄膜檢測

虹科Onyx 可以發現 ALD 過程中的損失并檢查樣品的質量

05. 更多可測量材料

因此，太赫茲Onyx系統能夠為材料科研提供更加簡便、更加高效的電參數測量手段，不再需要復雜的樣品制備工作，兼顧了高速以及高分辨率的優勢，有望助力未來的室溫超導的電參數實驗驗證！

寫在最后

據環球網援引韓聯社8月3日報道，自韓國量子能源研究所研究團隊公開在常溫常壓條件下制造超導物質“LK-99”的論文后，韓國超導低溫學會經過科學研判，認為“LK-99”并非室溫超導體，因為實驗材料沒有完全表現出“邁斯納現象”，且該韓國研究團隊成員拒絕提交樣本進行測試。目前，韓國團隊所提出的室溫超導結果仍無定論。或許，未來會有更多的“室溫超導材料”出現又被證偽；或許，常壓室溫超導根本就不存在。但人類對超導的探索不會停止，這是工程學的期盼，也是科學的追求。

參考文獻

[1]Qiang Hou, Wei Wei, Xin Zhou, Yue Sun & Zhixiang Shi. 2023. Observation of zero resistance above 100 K in Pb10-xCux(PO4)6O[J].

[2]Hao Wu, Li Yang, Bichen Xiao & Haixin Chang. 2023.Successful growth and room temperature ambient-pressure magnetic levitation of LK-99[J].

[3]Kaizhen Guo, Yuan Li, Shuang Jia. 2023.Ferromagnetic half levitation of LK-99-like synthetic samples[J].

[4]Shilin Zhu, Wei Wu, Zheng Li, Jianlin Luo. 2023.First order transition in Pb10?xCux(PO4)6O (0.9

[5]中科院物理研究所.那些年的室溫超導疑云，后來都怎么樣了？

審核編輯 黃宇