韓國室溫超導(dǎo)研發(fā)團隊內(nèi)的愛恨情仇——崔東植、金智勛、李石培、權(quán)英完、金鉉卓
本文轉(zhuǎn)自文學(xué)城,作者西坡,侵刪
(文章的故事性很強,不排除用了較多修飾,但作為一個材料人,看到了試驗科學(xué)、實驗科學(xué)、理論科學(xué)的碰撞,看到了規(guī)律早期的偶發(fā)性和不確定性,也感嘆在任何一個經(jīng)濟體做樣品、找設(shè)備、發(fā)文章都異曲同工的艱難,總有人讀個博士耗盡了心力......科研的純粹和人性的不純粹總在碰撞,劇目還未散場,未來會好,加油各位)
高麗大學(xué)化學(xué)系的創(chuàng)始人叫崔東植,是一個非常有個人魅力的教授。他在1994年提出了一種離經(jīng)叛道的理論,叫ISB理論(Inter Atomic Superconducting Band,原子間超導(dǎo)帶理論)。他破天荒地認(rèn)為,通過一種無機的一維高分子鏈,可以實現(xiàn)超導(dǎo)。但這和主流的BCS超導(dǎo)理論大相徑庭,并沒有引起太多關(guān)注,也沒有在科學(xué)界掀起絲毫的浪花。全世界只有他自己的研究生李石培默默寫過一篇相關(guān)的碩士論文——《基于ISB理論的超導(dǎo)性解釋》(Explanation of Superconductivity by the ISB Theory),之后,這一理論便無人問津。這就是為什么LK-99在1999年被偶然發(fā)現(xiàn)存在異常磁信號,但因復(fù)現(xiàn)困難,仍有崔東植的弟子想起崔東植的臨終交待,繼續(xù)鉆研的原因。?
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1996年,崔東植從眾多弟子中一眼相中了金智勛,勸他放棄手上的電池材料研究,來自己的超導(dǎo)團隊進行化學(xué)合成,順便讀個博士學(xué)位。但三年過去,一無所獲。1999年,就在金智勛即將放棄的時候,他在一個鉛磷灰石的樣品上發(fā)現(xiàn)了異樣——實驗數(shù)據(jù)的圖表上有一個微弱的波動——看起來似乎由超導(dǎo)引發(fā)。他在激動中不斷重復(fù)實驗,最后在幾十個樣本中發(fā)現(xiàn)有兩個樣本可以重復(fù)這個現(xiàn)象。但可惜的是,這個類似超導(dǎo)的數(shù)據(jù)就像幽靈一般,太模糊,太微妙,難以捕捉而缺乏說服力。金智勛在一番嘗試后,始終難以放大這個信號,終于有些灰心。他預(yù)感到,如果再這么繼續(xù)下去,博士可能是死路一條。于是,無論導(dǎo)師崔東植如何勸說,金智勛還是決心放棄超導(dǎo),回到了電池材料的老本行研究。四年后,金智勛以電池材料的研究課題完成了博士學(xué)位,開始在一家供應(yīng)助聽器電池的小公司踏踏實實地上班。
失去了心靈手巧的金智勛,崔東植就像失去了左膀右臂,他只能將所有希望寄托于還沒畢業(yè)的李石培,希望他能堅持研究。好在李石培踏實而耐心,他和導(dǎo)師二人不斷修訂ISB理論,不斷縮小超導(dǎo)體配方的搜索范圍。但無論他倆如何努力,也難以像金智勛那樣得心應(yīng)手。經(jīng)過9年的時間,李石培在金智勛的研究基礎(chǔ)上,終于完成了超導(dǎo)體的合成論文,于2008年拿到了博士學(xué)位。但這一天來得太晚了,李石培在9年的博士生涯中磨滅了科研的興趣,畢業(yè)后在一所私立高校擔(dān)任老師,轉(zhuǎn)行教學(xué)生計算機。
崔東植的一維超導(dǎo)理論研究陷入了低谷——他曾經(jīng)寄予厚望的兩個弟子:金智勛在電池公司打工,李石培則在大學(xué)里混日子。
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但此二人并未忘記1999年發(fā)現(xiàn)的幽靈。2008年,金智勛和李石培一邊在各自單位上班,一邊又鬼使神差地繼續(xù)了研究事業(yè)。他們注冊了一個名為Qcenter(量子中心)的“皮包”公司。這個公司有一搭沒一搭地做一些咨詢業(yè)務(wù),偶爾做一些實驗——金智勛和李石培回歸了現(xiàn)實生活,超導(dǎo)仿佛只是一種業(yè)余愛好,像一個青年時代的夢。1999年的發(fā)現(xiàn)像是一個機器中的幽靈,自驚魂一瞥后便消失得無影無蹤。
十年,彈指一揮間,二人從青年步入了中年。2017年,導(dǎo)師崔東植教授忽然病重,彌留之際,特意召喚金智勛和李石培見面。二人看著病榻上的恩師,往事涌上心頭。臨終前,導(dǎo)師叮囑二人,一定要找到1999年出現(xiàn)的那個幽靈:“拜托了,繼續(xù)研究下去。但是在完美實現(xiàn)之前,不要讓世界看到它?!痹诶舷壬男闹?,也許室溫超導(dǎo)就像一朵白蓮花,容不得半點瑕疵和虛假。5月份,崔東植教授撒手人寰。
李石培決意繼承導(dǎo)師的遺志,開始重新籌建實驗室,繼續(xù)研究。但現(xiàn)實很殘酷。他和金智勛簡單算了一下,研究需要一臺電子自旋共振譜儀(ESR,Electron spin resonance),用來檢測檢測物質(zhì)中不成對電子的特性,還需要一臺超導(dǎo)量子干涉儀(SQUID,superconducting quantum interference device),用來測量微弱的磁通量變化。但這些儀器都非常昂貴,顯然無法由個人承擔(dān)。而且,現(xiàn)在大家有了家室,也不能像學(xué)生時代那樣無所顧忌,要想全職進行超導(dǎo)研究,就只能對外籌集資金。但籌錢何其難哉!起先,在導(dǎo)師老友吳根浩教授的幫助下,他們向韓國國家科學(xué)基金會提交了一份申請。但基金會的專家看到這十年之間二人沒有發(fā)表過一篇論文,于是十分果斷地拒絕了。但李石培并不死心,又向權(quán)英完教授拋出了橄欖枝。權(quán)英完是高麗大學(xué)的終身教授,信譽良好,成果斐然,而且有ESR和SQUID儀器的使用權(quán)。當(dāng)然,權(quán)英完覺得這對搭檔有些業(yè)余,不過,他想到自己不用承擔(dān)太多責(zé)任,如果能獲得資助,何樂而不為呢? 于是,2017 年底,權(quán)英完入職Qcenter,在大學(xué)工作后偶爾過來。實驗室在權(quán)英完的加持下獲得了資助。2017年底,Qcenter購買了一臺 ESR設(shè)備;2018 年初,金智勛全職加入團隊。有了金智勛的全情投入,還有權(quán)英完教授的加持,這個小小的團隊簡直成了超導(dǎo)研究的韓國夢之隊!
但令人始料不及的是,金智勛和權(quán)英完并不和諧,二人摩擦不斷。
權(quán)英完是一個學(xué)院派物理學(xué)家,他不滿足于簡單的實驗現(xiàn)象和數(shù)據(jù)羅列,認(rèn)為研究的目的是發(fā)現(xiàn)超導(dǎo)現(xiàn)象背后的本質(zhì)理論。
而金智勛是一個實干主義的實驗派,他關(guān)注 ESR上發(fā)現(xiàn)的數(shù)據(jù)和信號,相信只有明白無誤、無可辯駁的事實才是科學(xué)的真諦。
真所謂——道不同,不相與謀也。而李石培意識到,在過去的20年里,只有金智勛是唯一那個曾經(jīng)接近超導(dǎo)鬼魂的人。離開金智勛,他們將一無所成。于是,李石培開始充當(dāng)和事佬,他在兩人之間斡旋。實驗又開始磕磕絆絆地推進了。
2018 年初,金智勛很快便重現(xiàn)了1999年發(fā)現(xiàn)的痕量超導(dǎo)現(xiàn)象。這一次,他卯足了精神,決心不再讓這個鬼魂在眼皮底下溜走。他不斷打磨實驗,不斷放大這個倏忽即逝的信號。但這個信號太微弱了。它是什么?它看似是圖表上的一個微微抖動,但卻是某個真實發(fā)生的神秘事件在現(xiàn)實中的隱約回聲。
金智勛就像是宇宙中的馬可波羅一樣,蒙著眼睛,在未知的大海中探索新的疆域。無數(shù)次的實驗里,他一遍又一遍地呼喊,一次又一次地傾聽ESR的回應(yīng)。數(shù)據(jù)時好時壞,他距離真相時遠(yuǎn)時近。時間一天一天地過去了。此時的金智勛在理論指導(dǎo)下,發(fā)明了一種全新的方法來篩選和搜索。但材料的排列組合如同茫茫大海,找到室溫超導(dǎo)體如同大海撈針。理論也只能止步于此。
2020年,新冠席卷全球,實驗室因疫情而封鎖,大家如同被囚禁在大海上的孤島上一般,與外界失去了聯(lián)系。在封鎖期間的一個早晨,金智勛在圖表上看到了一個巨大的峰!他為之一振——這是幽靈的影子第一次被確切地記錄!他不斷測試。但奇怪的是,用同樣的材料,在同樣的環(huán)境下,他卻怎么也無法重復(fù)這個結(jié)果。宇宙仿佛開了一個玩笑。這怎么可能?金智勛不斷翻看實驗筆記,精確重復(fù)這次異常測試的方法,但沒有發(fā)現(xiàn)任何結(jié)果。不過,金智勛有個好習(xí)慣,他在每個樣品進入熔爐之前和之后,都會進行拍攝記錄。他檢查了實驗室的錄像——功夫不負(fù)苦心人,他終于發(fā)現(xiàn)了異常的蛛絲馬跡——出爐的石英管中,有一個出現(xiàn)了一道裂紋。金智勛疑惑,難道,這就是召喚幽靈的咒語?他仔細(xì)查看視頻,發(fā)現(xiàn)自己在將試管從爐子拿出轉(zhuǎn)移到秤上時,手肘不小心撞到了桌子,微微磕碎了試管。此時,金光再現(xiàn),醍醐灌頂。
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金智勛意識到,在鉛磷灰石結(jié)晶過程中的某個微妙時刻,需要引入氧氣來改變正在形成的晶體結(jié)構(gòu)!這才是重復(fù)實驗的關(guān)鍵!至此之后,實驗進展飛速。三個月后,Qcenter經(jīng)過1000多次實驗,終于捉住了這個困擾團隊 20 年之久的幽靈,成功將其封印在結(jié)晶里?,F(xiàn)在,你可以把它握在手里,它可以在磁場中半懸浮,如同一塊魔法石。LK-99的抗磁性表現(xiàn)李石培欣喜若狂。李石培和金智勛從各自的姓中取出一個字母,用LK-99來命名這種新材料,以紀(jì)念1999年發(fā)現(xiàn)的痕量超導(dǎo)。?
LK-99化學(xué)結(jié)構(gòu)示意權(quán)英完驚呆了。他如夢方醒,開始試圖從物理角度進行理論分析。他一開始就不相信崔東植的超導(dǎo)理論,不相信一維超導(dǎo)理論能夠解釋實驗現(xiàn)象。權(quán)英完明白,現(xiàn)在自己比其他所有科學(xué)家都領(lǐng)先一步,如果他能最先弄清楚背后原理,諾貝爾獎也將有他一份。
這導(dǎo)致他和團隊中的其他成員發(fā)生了直接沖突。此時,成果亟待發(fā)表,而團隊分裂。新的困擾又出現(xiàn)在面前。Qcenter沒有足夠的資金和設(shè)備進行更加全面的測量。這種超導(dǎo)材料變成普通材料的臨界溫度非常之高,甚至超出了普通設(shè)備的測量范圍!
終于,2020年,團隊克服各種困難,完成了一篇論文投給《自然》雜志,希望能夠獲得編輯青睞。但不幸地是,稿件很快就被拒稿——這個投稿時機不是太好,羅徹斯特大學(xué)的Ranga Dias剛剛被揭穿室溫超導(dǎo)作弊。而權(quán)英完則認(rèn)為,拒稿的原因是因為文中崔東植的一維超導(dǎo)理論不夠完備。
在一番討論后,大家認(rèn)為,論文必須要有更權(quán)威的教授參與才能發(fā)表。而恰好此時,美國威廉與瑪麗學(xué)院的金鉉卓發(fā)表了一篇超導(dǎo)論文,于是,大家本著都是韓國人的緣分,開始嘗試聯(lián)系金鉉卓教授。而金教授表現(xiàn)出一個主流科學(xué)家的正常反應(yīng),委婉地邀請他們到美國進行實驗。李石培當(dāng)然明白,這意味著只有把LK-99確切地展示在金鉉卓眼前,他才會被說服和打動。但疫情的封鎖,讓任何跨國的交流都舉步維艱。團隊只好放棄幻想,開始申請專利,寫新的論文。
疫情大大拖緩了Qcenter的進度。李石培讓團隊專注于后續(xù)研究,比如LK-99的氣相沉積制備,后期如果大規(guī)模應(yīng)用,在電子生產(chǎn)的流水線上必須完成這一步驟。權(quán)英完則在 2021年底向大學(xué)申請了休假,全力專注于理論研究。
Qcenter并沒有完美的理論來解釋LK-99為什么會起作用——整個實驗過程非常苛刻。實驗粉末必須用研缽和研杵均勻混合,顆粒必須完全均勻。如果購買了預(yù)先混合的粉末,或者沒有使用研缽和研杵,甚至從爐子移動到冷卻站的速度太慢,都將會導(dǎo)致結(jié)晶失敗。(這也許是最近全世界的實驗室都未能復(fù)現(xiàn)結(jié)果的原因)而此時,全世界只有一個人,偶爾可以在石英管離開熔爐的某個玄妙時刻,通過快速打破試管來制造這種神奇的浮石。這個人就是金智勛。
時間流逝,韓國的疫情管控開始松動。美國的金鉉卓教授飛越大洋,終于見到了傳說中的LK-99,他立刻被這種神奇的材料打動了。超導(dǎo)研究在此刻終于迎來了重大的轉(zhuǎn)機。在金智勛的幫助下,金鉉卓開始能夠在美國獨立復(fù)制LK-99。這種材料的產(chǎn)量很低,大約10次制備才有一次偶然的成功。后續(xù)如果要充分研究這種物質(zhì),Qcenter還需要更大的資金投入。
但金鉉卓的加入,也讓團隊結(jié)構(gòu)發(fā)生了變化——權(quán)英完被邊緣化,分工變得不太重要——只是負(fù)責(zé)SQUID的測量。2023年3月,在一次激烈沖突后,權(quán)英完被Qcenter解雇。眾所周知,諾貝爾獎最多只能有三個人分享,而李石培和金智勛必然占據(jù)兩個名額,權(quán)英完知道,金鉉卓和自己只能有一人上榜,他獲得諾貝爾獎的希望變得十分渺茫。
7月22日早上7點,權(quán)英完在arXiv上搶先發(fā)布了第一篇論文。雖然此時LK-99的研究并不完善,過早發(fā)表論文并不明智,權(quán)英完應(yīng)該是試圖作最后一搏。
很快,我們看到,金鉉卓在兩個半小時后發(fā)表了一篇數(shù)據(jù)更為詳實的論文——當(dāng)然,這篇論文里沒有權(quán)英完的名字。