掀起科技圈熱議的「室溫超導體」究竟是什麼？｜專家論點【台灣科技媒體中心】

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議題背景：

7月27日，新聞報導南韓科學家刊登在未經同儕審核的預印本平台上的兩篇研究，宣稱成功找出室溫常壓的超導體，若經驗證後可實際應用，將帶來科技和工業的重大變革，因此引起眾多的關注和討論。兩篇發布在arXiv預印本平台的研究如下：

• Superconductor showing levitation at room temperature and atmospheric pressure and mechanism
• The First Room-Temperature Ambient-Pressure Superconductor

台灣科技媒體中心邀請臺灣研究超導體的專家依據自身研究經驗發表看法，黃建龍助理教授指出，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。但王立民教授提醒，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？

根據黃建龍助理教授說明，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。楊敦弘講座教授舉例超導體的應用，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。

專家怎麼說？

【楊弘敦】【黃建龍】【王立民】【仲崇厚】

2023年07月27日
國立中山大學物理系講座教授 楊弘敦

1. 這次南韓的研究發現為什麼重要，對我們的社會、工業、科技代表了什麼意義？

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。

2. 有許多研究團隊都在找室溫超導體，找到這種特殊的超導體，為什麼困難？最困難的地方是什麼？

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。

3. 目前這個預印本的研究結果，有哪些推論和應用上的限制，是我們要謹慎看待的？

從20世紀初，人類第一次發現超導現象以來，尋找室溫超導體，一直是科學家夢寐以求的目標。其實今（2023）年二、三月間美國羅徹斯特大學發表一份研究，宣稱找到在非常高壓下的室溫超導體，而且刊登在國際知名的《自然》期刊上。但至目前為止仍沒有其他團隊可以重複驗證其結果，因此該研究受到極大的質疑與爭議，甚至已被期刊撤稿。

這篇南韓團隊的研究報告也必須經過其他同行的重複驗證，才能確認常壓室溫超導體的發現是真或是假。可幸的是就目前公開的資料來看，製作該材料無需採用特別困難的技術，因此就看未來幾週的時間內能否通過嚴謹地科學驗證及考驗。

4. 超導體是什麼？研究超導體對人類社會最重要的好處是什麼？

超導體有兩個最重要的特性，一個是零電阻，另一個是完全抗磁性。

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。舉例來說，目前最常用的電線導電材料是銅線，在傳輸過程中因有電阻的關係會發熱造成耗損，從台電的數據來看，去年全台平均因輸送電力造成的損失是3.82%（95.79億度）。如果利用超導線就可以大大有效地減少耗損。另外，因零電阻的超導線圈可以通過大電流，而產生高磁場，因此目前實驗或醫學用的核磁共振相關儀器都利用超導磁鐵。

抗磁性則可以產生磁浮現象，用來作為懸空輪軸，以減少摩擦力。雖然現在已經有磁浮列車在商業運轉，但多數仍採用傳統電磁浮技術，若採用超導體來作為磁浮的技術，將可以同時減少能源耗損，並使列車行進時更平穩安靜。

另一個利用超導體薄膜製作的微小器件具有約瑟芬效應，能應用在感測極微小的磁矩信號。可以應用在核磁共振影像儀上，來感測細微的腦波變化。目前功能性核磁共振影像儀，正是研究腦科學的利器。

2023年07月28日
國立成功大學物理學系助理教授 黃建龍

1. 這次南韓的研究發現為什麼重要，對我們的社會、工業、科技代表了什麼意義？

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。除此之外，超導體的抗磁特性可以讓它排斥磁鐵的磁力而漂浮，這可以應用在建設高速鐵路的軌道（鋪設強力磁鐵）與列車底部（鋪設超導體）之間。當磁浮產生，列車底部不接觸軌道，也就不產生摩擦力，列車可以有效且輕易地高速移動。

2. 有許多研究團隊都在找室溫超導體，找到這種特殊的超導體，為什麼困難？最困難的地方是什麼？

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。

3. 目前這個預印本的研究結果，有哪些推論和應用上的限制，是我們要謹慎看待的？

最要謹慎看待的是其實驗結果是否可在世界上的任何一個角落被複製，若可以實現，理論物理學家將會有很痛苦的未來，因為其機制勢必不簡單。以應用端來看，我覺得唯一的限制是科學家乃至於全體人類的想像力。因為光是超導體零電阻且不耗能的特性，就已經解決了當前IC設計的核心課題，就是發熱。設計電路的方式將全面改變，人類的未來世界也將被重新塑造。

4. 超導體是什麼？研究超導體對人類社會最重要的好處是什麼？

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，從那時起，全世界的科學家陸續在元素及化合物上找到許多不同的超導體，而絕大部分的這些超導體不是超導的溫度不高，就是超導現象只在極高壓力下才存在，都不適合應用在人類實際生活中。

研究超導體對人類社會最重要的好處在永續能源。舉例來說，現行台電所生成的電力，在傳送到家庭裡牆上的插座時，已經消耗不少功率，原因是因為電力傳輸使用的銅導線具有電阻，電力經過導線時產生熱，因此消耗能量。如果使用超導體替代銅導線，將因為其零電阻的特性，不消耗任何電力。

2023年07月28日
國立臺灣大學物理學系教授 王立民

1. 這次南韓的研究發現為什麼重要，對我們的社會、工業、科技代表了什麼意義？

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。

2. 有許多研究團隊都在找室溫超導體，找到這種特殊的超導體，為什麼困難？最困難的地方是什麼？

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。

3. 目前這個預印本的研究結果，有哪些推論和應用上的限制，是我們要謹慎看待的？

近日韓國研究團隊的發現，的確引發科學研究之轟動。目前各國研究團隊，包括我們，已即刻複製、重現他們的實驗，以確認這一重大發現。不過，我們發現在他們的研究報告中，的確呈現室溫超導體的幾個特徵，但仍待進一步更精密的確認完全零電阻、完全抗磁性的數值，特別是從磁性量測的數據推估，南韓團隊研究的樣品裡面所含的超導體比例不高。但無論後續結果如何，他們已帶給人類實現室溫超導體的新契機。

4. 超導體是什麼？研究超導體對人類社會最重要的好處是什麼？

超導體是在1911年由荷蘭物理學家歐尼斯（H. K. Onnes, 1853 – 1926）所發現，第一個超導體是水銀，它展現新奇的物理現象，在低於臨界溫度Tc、磁場與電流的條件下，具有零電阻與完全抗磁性。研究它不僅僅是源自人類好奇心，更是廣泛應用於能源、醫學、電子、軍事與交通，如磁浮列車等等。

2023年07月31日
國立陽明交通大學電子物理系教授 仲崇厚

南韓實驗團隊宣稱發現室溫常壓超導體的研究成果時，我正於美國參加高溫超導體相關的國際會議，和與會專家熱烈討論此研究的正確性。首先南韓研究團隊看到較弱的磁浮現象是否真的來自超導性，因為一些抗磁性強的材料也會有此現象。另外，南韓團隊量測電阻的方式並非常見的方式，而他們的電阻率在「超導溫度」直接斷崖式掉到零，與目前所知的超導體其電阻率是有曲率平滑連續地降至零有所不同。另外，在他們於預印版論文平台（arXiv preprint）上發佈的兩篇論文都有一張關於磁性量測的數據圖，根據萊斯大學物理學教授道格（Doug Natelson）和我的研究團隊都檢視，兩張圖據判斷應來自同一組數據，但兩張圖的y-軸數據值卻差了數千倍。因此，需要其他實驗室更仔細的獨立驗證。我的實驗合作團隊正在重複此一實驗，最近應會有結果。總結，南韓此次研究結果是否為真目前尚言之過早，但的確是有趣的實驗。

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