中国科技战略行业：LK99室温超导材料复现，超导性仍需验证，或将启发超导材料体系探索

[Table_yejiao1] 本研究报告由海通国际分销，海通国际是由海通国际研究有限公司，海通证券印度私人有限公司，海通国际株式会社和海通国际证券集团其他各成员单位的证券研究团队所组成的全球品牌，海通国际证券集团各成员分别在其许可的司法管辖区内从事证券活动。关于海通国际的分析师证明，重要披露声明和免责声明，请参阅附录。(Please see appendix for English translation of the disclaimer) [Table_yemei1] 热点速评 Flash Analysis [Table_summary] (Please see APPENDIX 1 for English summary) 事件 7 月 22 日，韩国研究团队在 arXiv 发布论文声称发现世界首个室温常压超导体 LK-99 （改性铅磷灰石晶体结构），该材料在常压下 127 摄氏度可达超导临界点，意味着 LK-99 可在地球上所有环境中使用。8 月 1日，中美俄三国的实验室同时宣布自己初步验证了韩国团队描述的超导晶体 LK-99。 点评 当前进展：国内多个实验小组复现结果显示 LK-99 抗磁性，迈斯纳效应和零电阻现象尚未验证。LK-99 超导晶体材料体系便宜易得、制备工艺相对简单，在论文发布后多个实验室展开模拟实验或复现验证。国外方面，美国美国劳伦斯伯克利国家实验室（LBNL）宣布在美国能源部提供的超级计算机的模拟结果下从理论上证明这种用坩埚烧制常温超导体的办法存在可行性，俄罗斯科学家 Iris Alexandra 在 Twitter 上发布成功制备出了具备常温抗磁性的 LK-99 晶体。国内方面，华中科技大学、曲阜师大团队复现样品均表现出强抗磁性，而涉及材料超导性验证仍需进一步通过临界温度（Tc）、零电阻率、临界电流（Ic）、临界磁场（Hc）和迈斯纳效应进行验证，LK-99 室温常压超导属性尚未验证。 新材料或将启发超导领域材料体系探索，对于应用领域革命性影响存在较大不确定性。根据 LK-99 晶体当前复现结果进展，其在应用领域仍存在较大不确定性：（1）根据北科大理论计算结果，LK-99 超导结构过于局部，集中于晶体结构小部分，临界电流等本征参量可能较小，应用限制较大；（2）样品制备工艺相对简单，但即便在实验室阶段大质量制备、提纯仍有难度，规模化生产相去甚远。尽管 LK-99 晶体的超导性和本征参数尚未验证，但在材料体系方面，新材料采用氧、磷、铅、铜等常见材料，其强抗磁性和全新材料体系对于进一步探索超导材料体系或将产生相当启发作用。 “室温常压”超导如果实现商业化，有望引领多个领域的革命性进步。在超导材料的商业化领域，目前包括以铌钛和铌锡为主的低温超导材料（4K/-269℃液氦温区，主要应用于医疗核磁共振、粒子加速器、对撞机等）以及铋系和钇钡铜氧为主的高温超导材料（77K/-196℃液氮温区，主要应用于超导线缆、可控核聚变、感应加热等），其工作温度仍然远低于室温环境，而超导的另一条路线“高压”同样对工作环境有极大要求。如果室温常压超导得以实现，意味着超导材料的应用将不再受限于低温冷却设备的支持，超导应用将广泛推广至能源、医疗、机器人、电网、交通等诸多领域： （1） 电力相关领域全面革新：超导材料具备零电阻特性，可实现电力无损传输、储存，提升远距离输电、长时储能效率；大大提升电机效率、减少体积，电动汽车、机器人、发电领域全面受益。 （2） 医疗：超导核磁共振设备更具经济性，设备更加小型化。 （3） 交通：室温超导有望使磁悬浮列车大规模应用。 （4） 量子计算：超导体的量子隧穿效应广泛在超导量子干涉仪（SQUIDs）、超导量子计算以及快速单磁通量子（RSFQ）数位电子设备等领域。 风险 材料复现验证结果不及预期；材料批量制备工艺研发不及预期等。 [Table_Title] 研究报告 Research Report 3 Aug 2023 中国科技战略 China Technology Strategy LK-99 室温超导材料复现：超导性仍需验证，或将启发超导材料体系探索 LK-99 Room-temperature Superconductor: Superconductivity Still Needs to Be Verified And May Inspire Superconducting Material System Exploration Barney Yao Kai Wang, CFA barney.sq.yao@htisec.com k.wang@htisec.com 3 Aug 2023 2 [Table_header1] 中国科技战略 China Technology Strategy 1. LK-99 制备方法 第一步：合成黄铅矿 Pb2(SO4)O 将氧化铅和硫酸铅粉末按照 1：1 的比例放入坩埚中均匀混合，在空气中加热至 725℃加热 24 小时，得到黄铅矿晶体。 第二步：合成磷化亚铜晶体 Cu3P 把铜单质和磷粉末放入真空管，然后在坩埚里以 550℃的温度加热 48 小时，得到磷化亚铜晶体。 第三步：生成常温常压超导体 Pb(10-x)Cux(PO4)6O 将前两步烧制出来的两种晶体研磨成粉末后放入真空管，在坩埚里以 925℃加热 5-20 个小时，得到一种铜掺杂的铅磷灰石即 LK-99 晶体，具备常压室温超导性能。 2. 超导体主要理化性质 临界温度（critical temperature，Tc）：指超导体由正常态转变为超导态的温度，超导体在此温度下可呈现超导态，一旦超过此温度超导体的超导性质（零电阻，反磁效应等）将完全消失。 临界电流（critical current，Ic）：只有当超导体中的电流在某临界电流 Ic 以下时，超导体才能保持超导电性，否则超导态即被破坏，而转变为正常态，即当I≥Ic 时，超导体出现电阻。 临界磁场（critical magnetic field，Hc）：当超导体表面的磁场强度达到某个磁场强度 Hc 时，超导态即转变为正常态；若磁场降低到 Hc 以下时又进入超导态，此 Hc 即称为临界磁场强度。Hc 与物质和温度有关，一般有: Hc(T) = Hc(0) [ 1－(T/Tc)2 ]，其中 Hc(0)是温度为 0K 时的临界磁场强度（约为 5000A/m），Tc 是超导体的临界温度。 图表 1 LK -99 超导晶体 资料来源： ScienceCast，海通国际 图表 2 LK-99 晶体 3D 结构 资料来源：arXiv，海通国际 3 Aug 2023 3 [Table_header1] 中国科技战略 China Technology Strategy 零电阻率：零电阻率是超导体的一个标志性特征，指温度降低至某一温度以下，体系从金属态转变为超导态，相应电阻率从有限值降为零。 迈斯纳效应：指超导体从一般状态变至超导态的过程中对磁场的排斥现象，处于迈斯纳态的超导体会表现出完美抗磁性，或超抗磁性，意思是超导体深处（离表面好几个穿透深度的地方）的总磁场非常接