搜狐科技《思想大爆炸——對話科學家》欄目第23期，對話中國科學院物理研究所任治安研究員。
嘉賓簡介：
任治安，中國科學院物理研究所研究員，長期從事新型高溫超導體的探索研究。
劃重點：
1. 新的現象在科學上需要進行嚴格的驗證。
2. 驗證的第一步是要做出相同的材料，目前的報道還沒有看到。
3. 韓國室溫超導反應產物具有多種可能性，給驗證實驗帶來很大麻煩。
4. 超導是0和1的問題，是真是假其實很好判斷，但驗證需要時間。
5. 超導應用范圍非常廣泛，幾乎所有有電、有磁的情況下都可以用到。
6. 室溫超導的突破無論對科學還是技術都會帶來巨大的影響。
出品 |搜狐科技
作者 |周錦童
編輯 |楊錦
目前韓國科研團隊宣稱發現了全球首個室溫常壓超導材料：銅摻雜的鉛磷灰石（LK-99），引爆全球輿論。一時間，全球科研團隊和科學家們都開始在實驗室里“燒爐煉丹”，各種復現室溫懸浮視頻與實驗結果頻頻爆出，面對網絡上五花八門、鋪天蓋地的信息，網友已不知是真是假、何去何從。
對此，搜狐科技對話了中國科學院物理研究所任治安研究員，他表示：“目前這一現象既沒有證實也沒有徹底否定，網上的很多信息不要輕信。”的確，科學研究的范式就是發現與驗證。突破性的科學發現是需要科學家同行們花時間進行嚴格驗證的，而驗證的第一步就是要完全復制。
“證偽比證實還要麻煩，如果想要否定一個現象，就需要做出一個一模一樣的材料來，如果性質完全不同則是證偽。在這個室溫超導的報道中，韓國科學家使用Pb2[SO4]O和Cu3P反應生成Pb10-xCux(PO4)6O (0.9<x<1.1)，并給出了詳細的晶格結構與參數。他們發現Cu的摻雜導致晶格收縮約0.48%，樣品從絕緣體轉變為金屬態，并通過多種測量認為在127攝氏度以下樣品進入超導態，但是論文中存在很多瑕疵與矛盾，這是人們爭論的原因。
引爆輿論除了這個室溫以外，就是韓國團隊給出了看似非常簡單的合成方法，短時間內有了很多驗證實驗。但細心者會發現這個化學方程式完全配不平的問題，這導致樣品中必然有大量的銅剩余，反應產物不唯一，是個混合物。
同時在高溫制備時樣品中有氣相成分產生，這對于固相反應很不利，會導致反應產物的多變，從而使得樣品制備實驗很難嚴格重復，不是三天就可以輕易做出來的。目前驗證的第一步國內外的團隊都還沒有完全做到，就是制備出和韓國團隊具有同樣結構參數的樣品。”任治安如是說。
一直以來，無數科學家都想打破超導“結界”，實現室溫超導，拿下超導物理的“圣杯”，但一百年來卻遲遲沒有實現。實現室溫超導的可能性到底有多少？任治安表示：“超導的魅力就在于，超導是0和1的問題，是否超導專業研究人員一測便知，要么成功要么失敗。室溫超導的可能性多大雖然不好說，但是超導研究很難造假，因為造假很快就會被人發現。”
而談及超導的應用范圍和價值時，任治安表示，超導體具有零電阻和完全抗磁的獨特性質，使得超導的應用范圍非常廣泛，幾乎所有電、磁相關的產品都能用到，比如超強磁場、微弱信號處理、能源電力、交通國防、量子計算、醫療和大科學裝置等等。
但是超導應用能否真正推廣需要考慮的是性能和成本，即性價比的問題。目前已經廣泛使用的、人們在不知不覺中接觸到的主要是醫院使用的超導型核磁成像，它比普通核磁成像的分辨率要高很多倍。
談及目前超導研究現狀，任治安提出了一個非常嚴肅的問題，那就是材料研究在走“下坡路”，材料甚至成為了所謂的天坑專業，但是各種各樣的材料實際上是我們人類構建現代文明的基礎。
以下為對話實錄（經編輯整理）：
搜狐科技：有韓國科學家團隊宣稱發現了全球首個室溫超導材料——“銅摻雜的鉛磷灰石（LK-99）”，這一消息在物理學界引起轟動，不少團隊都開始對韓國團隊的發現進行復驗。對此您怎么看？
任治安：現在這個現象既沒有證實也沒有完全否定，其實科學上出來一個突破性的新現象后是需要進行廣泛驗證的。大部分情況下的驗證工作都是有意義的，不能說驗證是沒有創新的工作。一方面科學家同行們需要花時間進行相互的驗證，這是科學研究的范式。
這些突破性的工作如果同行們不能證實或者說最后做不出來那么就需要作者做出解釋，否則編輯都會撤稿，所在單位也會進行學術不端的調查。另外一方面驗證過程中可以學習一些新的方法，也可能在此基礎上實現新的突破。實際上科學的進步就是發現和驗證的過程，如果一個發現不能經過重復驗證也稱不上是科學。
這里有一個著名的例子是2001年貝爾實驗室發生的“舍恩事件”，被稱為物理學史上的最大丑聞。當時舍恩在兩年時間發表了近百篇論文，包括在Science、Nature等所謂高端期刊上連續發表幾十篇，造成極大轟動，無數科學家追隨，由于大家都無法證實而最后被調查委員會發現數據造假，碰巧他被發現的主要工作就是編造了C60的高溫超導，調查也花了幾個月時間。
另外一件事是近年的高壓室溫超導現象，其中一篇論文Nature已經主動撤稿。所以我說超導和不超導是0和1的問題，造假很快會被人發現，但是驗證也需要一定時間。
搜狐科技：一條疑似華中科技大學團隊發布的視頻顯示，他們已合成了可以磁懸浮的LK-99晶體，該晶體懸浮的角度比韓國那個磁懸浮角度更大，您覺得有望實現真正意義的無接觸超導磁懸浮嗎？
任治安：我們知道磁鐵有吸引力和排斥力，也是可以做成磁懸浮的，網上賣的磁懸浮地球儀和玩具有很多。特別是目前網絡上所謂的有支點的半懸浮狀態，可以用磁鐵很容易實現，我小時候經常玩這些游戲，大家可以用普通磁鐵碎片或者鐵屑試一試。但超導和磁鐵不一樣，超導只有斥力，還有一個所謂釘扎力。
磁通線可以穿透一部分超導體，穿透以后磁通線在里面就相當于是一些線把它固定住，可以拉高起來一點，也可以拉低下去一點，磁通線把超導體釘扎住了。所以超導的懸浮是一種非常穩定的狀態。但是磁通釘扎很弱的情況下，也可能出現各種各樣的不一樣的懸浮現象。
視頻中的半懸浮狀態，由于視頻很短并且狀態單一，并不能簡單認定它就是超導磁懸浮，因為磁性雜質很容易復現這種狀態，但也不能說它不是，它是有疑問的，需要檢驗到底是一些鐵磁雜質的磁力還是超導的懸浮力。
這里有一點可以說明，就是單個磁鐵的斥力懸浮極不穩定，有一個恩紹定理說的就是這個，而一般材料的抗磁性都極小，只是超導體抗磁磁化率的約萬分之一，所以如果證實用單個小磁鐵就可以完全穩定地懸浮樣品，那么極大可能就是超導體，當然最終還需要在實驗室里進行零電阻和磁化率的測量判定。
搜狐科技：東南大學孫悅教授表示，團隊在110K（-163°C）溫度以下的常壓條件下，成功觀測到了LK-99的零電阻，既然在110K發現了零電阻，后面有可能再把溫度給做高嗎？
任治安：首先他們還需要驗證這是不是零電阻，他們給出了極小的電阻值，但是與我們見過的超導轉變又很不一樣，實驗中驗證零也有很多技巧與難度，銅原子是否摻雜進樣品也沒有得到確認，實際上目前國內外所有的實驗驗證都沒有確認這一點，這可能是需要做很多樣品找到合適的反應條件才能驗證的，仍然需要時間。
搜狐科技：華中科技大學、北京航空航天大學、東南大學等學校都進行了復驗，您覺得這些驗證說明了什么？
任治安：這些實驗驗證有否定有肯定，但是實驗驗證的第一步，特別是想要否定一個東西，就需要做出一個一模一樣的東西，材料要相同而沒有觀察到超導才可以徹底否定，相同的材料指的是同樣的化學成分與晶格參數。
另一方面如果是證實的話只需要確認這里面確實存在室溫超導現象就可以，我們說證偽比證實還要麻煩。但現在問題是，韓國科學家使用Pb2[SO4]O和Cu3P反應生成Pb10-xCux(PO4)6O (0.9<x<1.1)，細心者會發現這個化學方程式配不平的問題，這導致樣品中必然有大量的銅剩余，反應產物不唯一，是個混合物，同時在高溫制備時樣品中有氣相成分產生，這對于固相反應很不利，會導致反應產物的多變，從而使得樣品制備實驗很難嚴格重復，絕對不是三天一遍實驗就可以輕易做出來的。
韓國研究團隊做了很多年也只有幾個樣品，他們可能也沒有穩定的方法能重復實驗。所以這需要花費很多時間，并不是像網上說的那樣自己買個爐子三天就燒出來了，所以現在事情還沒有到下結論的時候，還需要時間以及大量的實驗。
搜狐科技：不少網友躍躍欲試，想自己在家“燒爐煉丹”，對此您怎么看？
任治安：網友們對室溫超導的關注與熱情我覺得是好事，說明超導科普已經深入人心，但是不要造假炒作。實際上人們在1911年發現的第一個超導體就是水銀，我們知道古代的煉丹術士們在幾千年前就煉出了水銀。韓國研究團隊給出了一個看似很簡單的化學反應方程式和制備方法。
但這個反應前面說了很不友好，另外包括鉛和磷、硫有毒性在高溫下都很危險，實驗中也可能玻璃管爆炸，雖然超導懸浮很有意思，室溫超導大家都很關注，但是不建議網友們在家里嘗試，太危險，這些實驗需要在專業的實驗室里進行。
搜狐科技：就目前的這些研究來看，“室溫超導”成功的可能性有多少？
任治安：超導的魅力就在于，超導與否是0和1的問題，是就是是，不是就不是。很多研究工作是參數提高一點就可以，無所謂對錯，所以造假的也很難發現。
但是超導就很難造假，因為很快就被人發現了，所以沒法說這個可能性多大。但驗證工作一般都需要一段時間，不會那么快，科學研究也非常需要嚴謹的態度。
關于這個工作，目前還有幾篇理論方面的論文，他們基于韓國團隊提供的晶格結構參數，得出了相似的結論，就是銅的摻雜確實會導致體系從絕緣體到金屬態的轉變，并且在費米能級附近會出現平帶，導致態密度的極大，這會引起一些有趣的物理現象，也不一定是超導。實際上目前非常規超導或者說高溫超導還沒有完善的理論，無法計算出一個材料是否超導
搜狐科技：為什么科學家們都如此關注“室溫超導”？
任治安：因為室溫超導太有魅力了，人類現代文明很大部分是源于電磁學的發現。超導體具有零電阻還有完全抗磁性，此外它還具有量子相干性，這是非常好玩的，它幾乎能應用到人類社會的各個方面。室溫超導如果能廣泛應用的話，很可能導致人類文明的下一個進步臺階。
搜狐科技：您覺得為什么會有這么多超導烏龍事件?
任治安：實際上無論哪個領域，學術造假都是存在的。但是超導是0和1的問題，（造假）很容易被發現。所以超導的烏龍也許并不算多。
搜狐科技：那您覺得未來我們是否會有一種材料可以實現“室溫超導”？
任治安：我們看一下超導發現的歷史，1911年荷蘭人Onnes發現了第一個超導體水銀，但Tc是很低的，只有4.2K。在此后很長一段時間，75年，直到1986年，超導體的溫度也只有20多K，而且BCS理論當時認為超導溫度問題已經清楚了，最高只有3、40K，不會再高了。
但1986年銅氧化物超導體被發現了。銅氧化物發現以后將溫度提高了100多K，現在是135K，一下子就打破了這個理論。其實從23K到135K增長了五六倍，從135K到室溫300K，也就一倍多，但這是很難突破的，一直到現在還沒有做出來，但也是有希望的，沒有理論否認這種可能性。
銅氧化物高溫超導的理論機理到現在也不清楚，是凝聚態物理的一大困難。但是理論上，實際上一直有很多理論學家提出了很多室溫超導的思路和可能性，但也都沒有實現。但是到底能不能做出來室溫超導，科學是沒法預測的，我認為只有靠實驗了，這個可能性還是有的，這也是我們努力的目標。
搜狐科技：您的研究領域中包含新型高溫超導體以至室溫超導體的探索研究，具體是什么呢？是否有過什么重大突破？
任治安：我們會把室溫超導當成一個很重要的目標去研究，探索的目標是溫度越高越好。我在博士期間就做這方面的研究，至今已有二十多年，至于突破，其實科學上大的突破是非常難的。
我們首次將鐵基超導體做到了50K以上并獲得世界最高55K，日本科學家當時發現的鐵基超導體是26K，我們將它提高了一倍多，我認為這是比較好的結果了。我們長期堅持基礎研究，在超導探索方面做了大量的工作，包括發現了多個體系的幾十種新超導體等。
搜狐科技：您覺得超導研究具有哪些重要的科學意義？
任治安：超導研究在科學上和應用上意義都非常大。首先超導是凝聚態物理的一個非常重要的部分，從1911年起超導物理與機理研究就一直推動著凝聚態物理的發展。人們目前認識到超導是一種獨特的電子配對并相干凝聚形成的宏觀量子態，但是高溫超導的配對機理還是不清楚，它關系著強關聯物理或者電子多體問題的整個物理基礎。
在應用上幾乎所有電、磁相關的應用都可以使用超導體，但還是要考慮性價比問題，并且也很可能催生很多新的應用，這其實需要工程研究人員的想象力。比如可以用超導體造出極強的磁場，從而在很多學科都可以發現許多新的現象，這也是其它材料無法替代的。
搜狐科技：超導是如何改變我們的生產生活的，它的應用領域與價值是什么？
任治安：超導現在應用最多的地方是醫院的MRI核磁成像，MRI現在大部分都是超導磁體，因為超導磁體比普通磁體要強十幾倍，分辨率也高很多倍，可以無接觸地把人體內部結構拍出來，以前用X光可以拍，但X光對人體的損害較大，特別是腦部，而核磁幾乎沒有副作用、成像也特別清楚，這些是普通人已經接觸到的。其它的應用主要是實驗室和一些大科學裝置上的超導應用。因為成本高的問題，目前的超導體還不能廣泛使用。
搜狐科技：目前我國的超導技術和產業處于什么樣的水平？未來技術發展方向在哪？
任治安：目前我國在超導產業化方面做的很好，有一些超導公司，包括歐洲在建的ITER國際熱核聚變實驗堆，我國提供的大型超導磁體據說性能非常優秀，但是目前實用化的超導體主要還是低溫超導體。我國的超導研究也一直在穩步發展，也做的很好，由于一些重要工作的貢獻在國際上聲望很高，但是我們自己說的話，原創性的突破性工作還是需要加強。
我們知道各種各樣的材料實際上也是我們構建現代文明的基礎，但是材料研究做起來很困難，待遇也差，很多做材料的俗稱燒爐子，和煉丹其實也差不太多，現在也被稱為“天坑”專業，材料研究實際上在走下坡路，因為經濟水平越高，人們越不愿做苦力活，但材料其實幾乎是其它所有研究特別是應用的基礎。
而超導材料的探索雖然主要是物理，但還是需要很多化學知識以及一些材料制備的技術，在實驗中是要一種一種地嘗試，光試還不行，還需要一點一點地控制變量進行調控，比如不同元素、不同含量的摻雜，這些在超導研究中非常重要，都需要大量的實驗工作，同時由于目前還沒有正確的高溫超導理論，無法獲得理論的支持，只能依靠實驗科學家的經驗積累、長期而大量的嘗試探索以及敏銳的科學探索的直覺。
要堅持做到這些，就需要有很強烈的科研興趣。而對于超導技術發展來說，目前超導材料由于性價比的問題很難大規模應用，技術的發展仍然是需要新的高溫超導材料的突破，比如性價比很高的室溫超導體的發現，這也是我們所期望的。
后注：中科院物理所團隊于8月9日最新報道了在樣品反應產生的雜質Cu2S中，觀察到385K下由結構轉變導致的電阻突變，這與韓國團隊發現的電阻轉變非常相似，從側面極大程度地否定了該體系的超導跡象，但是沒有觀察到相似的磁現象。全球各實驗室至今已有幾十篇與此相關的學術論文，但都沒有證實“室溫超導”現象。此次事件的最終判定需要韓國團隊對其樣品進行獨立驗證或者相關單位方面的調查解釋。