2023 年 7 月下旬，一篇来自韩国团队的 arXiv 预印本在物理学界引发了一场几十年来规模最大的"集体复现热潮"。
材料叫 LK-99。论文声称这种铜掺杂的铅磷灰石（Cu-substituted lead apatite）在常温常压下呈现超导性。视频里，一块黑色的小石头在磁铁上方悬浮着——迈斯纳效应，超导最直观的特征。社交媒体上，许多人开始庆祝：常温常压超导的圣杯，终于找到了？
两周后，从中国科学院到德国、美国的多个实验室相继完成了复现实验。结论是一致的：LK-99 不是超导体。那块悬浮的石头，是铁磁性导致的部分悬浮（levitatation）而非迈斯纳效应，而电阻率数据中看似"急剧下降"的特征，来自样品中作为杂质混入的硫化亚铜（Cu₂S）在特定温度的一阶相变，与超导无关[^lk99-refutation]。
LK-99 热潮来去如闪电，但它激起的那些问题并没有消失：室温超导到底有多近？高压氢化物的路线是真实的进展还是系统性的造假？超导机制的理解如何影响我们寻找新材料？
破除误解：超导不只是"零电阻"
超导有两个核心特征：零电阻（direct current 下电阻精确为零）和迈斯纳效应（完全抗磁性，磁场被完全排出体外）。
第一个特征容易被伪造：任何电阻极低的材料，在噪声中都可能看起来像是零电阻。第二个特征更难伪造，但也可以被铁磁性等现象模拟。正因为如此，一个可信的超导声明需要同时满足多项判据：比热跳变（超导转变的热力学特征）、迈斯纳效应（磁化率测量）、临界磁场、临界电流密度，以及——最重要的——独立实验室的重复。
另一个常见误解是"室温超导=商业可用"。即便在室温下实现超导，如果需要一百万个大气压的压强来维持，它在实际应用上也毫无用处。在这个领域，"常温"和"常压"是两个同样重要但几乎从未同时实现的条件。
现场：高压氢化物的真实突破
尽管 LK-99 以丑闻结尾，高压氢化物超导领域的进展是真实的——尽管它要求令人望而生畏的极端压力条件。
故事的起点是 1968 年，Neil Ashcroft（康奈尔大学）预言金属氢在极高压下应具有高温超导性，因为氢原子轻（因此晶格振动频率高）、电子-声子耦合强。这一预言被封存了将近五十年，因为要在实验室获得几百 GPa（数百万个大气压）的稳定压强极为困难。
进展的转折点是 2015 年，德国马克斯-普朗克化学研究所的 Mikhail Eremets 团队在约 150 GPa 压强下，在硫化氢（H₂S）中测量到 203 K（约 -70°C）的超导转变温度——这打破了当时的高温超导记录[h2s]。
随后几年的记录突破接连而至：
| 材料 | 临界温度 | 压强 | 年份 |
|---|---|---|---|
| H₂S（硫化氢） | 203 K（-70°C） | 约 150 GPa | 2015 |
| LaH₁₀（氢化镧） | 约 250–260 K（约 -20°C） | 约 190 GPa | 2019–2020 |
| YH₉（氢化钇） | 约 243 K | 约 200 GPa | 2021 |
| N-掺杂 LuH（氮掺杂氢化镥） | 294 K（约 20°C，室温！） | 约 1 GPa | 2023（后被撤稿） |
最后一行是罗彻斯特大学 Ranga Dias 团队 2023 年发表在《自然》的论文，声称在约 1 GPa（约 1 万个大气压，仍然极高，但比前几个候选低两到三个数量级）下在氮掺杂氢化镥中发现了室温超导。这条数据引发轰动，因为 1 GPa 理论上是可以用金刚石压腔（diamond anvil cell）外的方法实现的压强区间——如果真实，工程化路径可以想象。
然而这篇论文随后被《自然》撤稿，原因是数据可靠性存疑：大多数共同作者联署声明"论文不能准确反映所调查材料的来源"，《自然》审查认为电阻数据中存在"可信、实质性且尚未解决的问题"[^dias-retraction]。这是 Dias 团队第三次超导声明遭遇撤稿或严重质疑。
独立验证的价值
2025 年 4 月，一个来自马克斯-普朗克化学研究所的国际团队在《自然》发表了一项重要结果：用电子隧穿谱（electron tunneling spectroscopy）在高压下直接测量了 H₃S 的超导能隙——这是对氢化物超导体的第一个微观层面的直接证据，排除了此前"测到的信号可能来自非超导起源"的一类怀疑[^h3s-tunneling]。这是在 LK-99 事件之后，高压超导领域重建可信度的重要一步。
代价与争议
高压氢化物超导最大的问题有两个层次：
实用性层面：哪怕 LaH₁₀ 的 250 K 超导是完全真实的，它需要约 190 GPa 的稳定压强。金刚石压腔是今天唯一能达到这个压强的工具，它的样品量只有皮升级别（约 10⁻¹² 升），完全无法用于任何实际应用。人类目前还没有任何工程方案能让一个宏观物体在这样的压强下稳定存在并传导零电阻电流。
机制层面：这些氢化物超导是否由经典的 BCS 理论（声子-电子耦合）描述，还是需要更复杂的机制？2025 年的 H₃S 隧穿实验支持 BCS 框架，但争论并未完全结束。如果机制是 BCS 的，那么理论上有机会设计出在更低压强或常压下实现高温超导的材料——但如何跨越这道工程鸿沟，没有人给出令人信服的路线图。
可信度危机：Dias 事件给整个超导领域造成了难以量化的声誉损伤。《物理世界》2024 年的分析指出，部分顶刊编辑在审核超导论文时已明显变得更谨慎，投稿数量和引用率都出现下滑[credibility]。科学需要信任来运转；造假不只影响造假者，而是侵蚀整个领域的公共信誉。
常压高温超导的另一条路：铜氧化物机制之谜
值得单独提的是，铜氧化物高温超导体（铜超，cuprate）自 1986 年 Bednorz 和 Müller 发现以来，已经有大量材料在 77 K（液氮沸点）以上实现超导——不需要高压。YBCO（钇钡铜氧化物）在常压下的超导转变温度是 93 K，汞基化合物（Hg-1223，HgBa₂Ca₂Cu₃O₈）则以约 134 K 保持着常压下的最高临界温度纪录（高压下可进一步升至约 164 K）。
问题是：我们至今不知道铜超导体的机制。
BCS 理论对铜超不适用（至少不是简单的声子机制），近四十年来提出的理论多达数十种（d 波超导、共振价键理论、自旋涨落机制、量子临界点理论等），没有一个被普遍接受。这不只是理论上的遗憾，更是材料设计的根本困难：在不理解机制的情况下，系统性地提升临界温度几乎是靠经验试错，而不是理论指导。
铜超导体的相图本身就是谜团的浓缩。在低掺杂区，材料是莫特绝缘体（Mott insulator），强关联电子相互排斥而无法移动。随掺杂增加，出现反铁磁有序、赝能隙（pseudogap）区域，然后才进入超导穹顶。赝能隙的本质——它是超导涨落的预兆，还是一个独立的有序相——本身就是三十年的争论焦点。
镍氧化物（nickelate）超导体从 2019 年起成为新的热点，被视为铜超的"近亲"。斯坦福大学的团队首先在掺杂无限层镍氧化物薄膜（Nd₀.₈Sr₀.₂NiO₂）中发现了约 15 K 的超导性，这是第一个在结构上类似铜超的新家族。通过对比铜超与镍超的异同，研究者希望揭开机制的关键变量——但到 2026 年，谜题仍然开放。
一个更激进的前沿问题是：铜超的高临界温度是否来自电子关联造成的"量子临界涨落"，以及这一机制是否能在原则上被搬到其他材料体系中？如果是，那么寻找室温超导的正确方向不是氢化物，而是通过精确控制强关联电子材料的掺杂与应变来"调出"更高温度的超导——这是一条理论上迷人、工程上极度困难的路线。
2023 年的 GNoME（Google DeepMind 材料发现项目）通过图神经网络预测了约 220 万种新型晶体结构，其中包含数百种潜在的超导候选体——但将这些预测转化为可合成、可测量的真实材料，仍是一场与实验化学的持久战。理论先行、实验追赶，是这一领域的常态。
未知的边界
- 高压氢化物中，哪种化学成分和结构在最低压强下能实现最高临界温度？计算材料学（DFT + 机器学习）已经给出了大量预测，但实验验证的速度远跟不上理论产出。
- 铜氧化物超导的配对机制是否能统一描述所有铜超家族，还是不同铜超有不同的微观机制？
- 镍氧化物（infinite-layer nickelate）超导是否真的与铜超"同源"，还是代表了一类不同的物理？
- 拓扑超导（topological superconductors）是否能提供一条通往室温超导的新路径，还是它只在低温下可以稳定存在？
- 有没有可能用 AI / 机器学习辅助材料搜索，在常压下找到临界温度远超铜超的新材料？2020 年代初的 Materials Project 和 GNoME（Google DeepMind，2023）已经开始这个方向，但尚未产出超导领域的突破。
跨域连接
- 证伪主义：这一领域近年的两次高调宣称都以撤稿或未能复现告终，而其中的方法论教训很具体：超导的判据不是电阻降到零这一条，还需要迈斯纳效应、比热跳变与临界磁场的独立佐证——单一signature配合数据处理的自由度，足以产生看似确凿的结果。
- 相变与临界现象：超导是一个宏观量子相变，因而"临界温度"不是一个可以被逐步逼近的工程参数，而是相图上的边界。这解释了为何这一领域的进展呈跳跃式：新的高温超导体几乎总来自新的材料族，而非既有材料的优化。
- 半导体物理：高压氢化物路线把临界温度推到接近室温，代价是需要数百万倍大气压的压强——这使它在物理上有意义、在应用上无意义。真正的问题因而不是"能否达到室温"，而是"能否在常压下达到"，而这两个问题的难度不在同一量级。
- 量子计算理论：超导量子比特是当前最成熟的硬件路线之一，而它对材料的要求与追求高临界温度是两回事：需要的是极低的损耗与可控的约瑟夫森结，而非高 Tc。这一错配值得点出：室温超导即使实现，也不会直接改善量子计算硬件。
- 矿产资源与关键金属：现有超导应用（磁共振成像、加速器磁体、聚变装置）依赖铌钛与铌锡，其供应链与稀土同样集中。这使超导技术的规模化不只是物理问题：即使材料性能达标，产能与原料的地理集中仍是独立的约束条件。
参考文献
- Drozdov, A. P., et al. Conventional superconductivity at 203 kelvin at high pressures in the sulfur hydride system. Nature 525, 73–76 (2015).（H₂S 203K 突破的原始论文）
- Somayazulu, M., et al. Evidence for Superconductivity above 260 K in Lanthanum Superhydride at Megabar Pressures. Physical Review Letters 122, 027001 (2019).（LaH₁₀ 记录）
- Flores-Livas, J. A., et al. A perspective on conventional high-temperature superconductors at high pressure: Methods and materials. Physics Reports 856, 1–78 (2020).（高压超导综述）
- Nature Editorial. Room-temperature superconductor claim retracted. Nature (November 2023).（Dias 撤稿报道）
- Du, F., Drozdov, A. P., …, Eremets, M. I. Superconducting gap of H₃S measured by tunnelling spectroscopy. Nature 641, 1109–1114 (2025). doi:10.1038/s41586-025-08895-2（独立微观证据：H₃S 能隙约 60 meV、D₃S 约 44 meV，支持 BCS/电声耦合机制）
- Wang, K., et al. Replication and study of anomalies in LK-99. Superconductor Science and Technology 37, 025009 (2024). arXiv:2311.03558（LK-99 否定性复现）