繼韓國科學家宣布發現合成室溫常壓超導體的方法後,全球各地實驗室正掀起複製競賽,美國、中國、法國、印度、荷蘭等國都陸續傳出失敗與成功結果。目前已有一些團隊證實 LK-99 材料具抗磁性,但是否具超導性還有待進一步分析驗證。
超導體是指在特定溫度以下呈現電阻為零的導體,此時電流無耗損流動,如果未來電纜能以超導材料製造,全球輸配電系統用電量將節省約 7%。但傳統實現超導體的辦法僅限於低溫或高壓環境,因此發現室溫常壓超導體絕對是項重大突破。
最近,南韓科學家 Sukbae Lee、Ji-Hoon Kim、Young-Wan Kwon 宣布找到命名為 LK-99 的超導材料,引起世界各國實驗室複製熱潮,目前已知有中國、美國科學家分別以實驗、電腦模擬驗證 LK-99 材料部份特性。
華中科技大學團隊
8 月 1 日,由中國華中科技大學常海欣教授指導的團隊在 bilibili 網站發布一段影片,成功驗證可以合成出展現磁懸浮的 LK-99 晶體,且懸浮角度比韓國團隊的樣品還大,僅一天播放次數便超過 600 萬次。
雖然華中科技大學團隊的 LK-99 樣品只有一個小黑點大,但據工程師 Andrew Cote 解釋,該樣品無論靠近磁鐵哪一極都會半懸浮,假如它只是單純的磁性材料,那它應該會被磁鐵的其中一個極性吸引、另一個極性排斥,但抗磁性材料於磁鐵任一方向下都會相斥。
First claimed successful replication of LK-99
Accomplished by a team at the Huazhong University of Science and Technology and posted 30 minutes ago.
Why this is evidence:
The LK-99 flake slightly levitates for both orientations of the magnetic field, meaning it is not simply a… pic.twitter.com/bh0x9oqaz2— Andrew Cote (@Andercot) August 1, 2023
不過影片拍得有點陽春,外界無法從影片內容確定下方靠近樣品的強磁鐵有否如實翻轉,且樣品實驗測量值也尚未公布,簡單說,該影片可能只是率先驗證一必要性條件,即材料從一般狀態相變至超導態過程中排斥磁場的邁斯納效應(Meissner effect)。
但抗磁性不等於超導性,它只是超導體其中一種特性,我們還必須看到材料的零電阻數據再來準備香檳,目前看來距離零電阻完全懸浮還有段距離,也不能證實實驗結果與超導有關,但或許方向沒錯,只要能突破 0 到 1 的束縛,後續從 1 到 100 的研究方向與進展就有機會高速起飛。
一些人認為,LK-99 保底是新抗磁性材料(不過目前抗磁性材料已經很多了),再幸運一點是製造成本超低的新抗磁材料,幸運值點滿則是打開室溫超導大門。
勞倫斯柏克萊國家實驗室
勞倫斯柏克萊國家實驗室(LBNL)物理學家 Sin´ead M. Griffin 也於 8 月 1 日在《Arxiv》網站發表論文,利用超級電腦模擬的結果顯示,LK-99 材料中可用的電子傳導路徑只要處於適當條件與位置,理論上就確實具室溫常壓超導特性,不過這些路徑僅在銅原子滲透到晶格中不太可能的位置、或更高能量點位才能形成,意味合出 LK-99 超導材料的機率根本萬中選一。
但整體而言,該消息對支持 LK-99 材料來說已經相當樂觀,儘管過程尚不完美,至少看起來正朝著正確方向邁出第一步,比如我們可能不以傳統認知的 BCS 機制實現超導,而是靠著改善晶體結構產生內應力的方式實現。
National Lab (LBNL) results support LK-99 as a room-temperature ambient-pressure superconductor.
Simulations published 1 hour ago on arxiv support LK-99 as the holy grail of modern material science and applied physics.
(https://t.co/4t4D2gIeBp)Here’s the plain-english… pic.twitter.com/mQNQuO4TFu
— Andrew Cote (@Andercot) August 1, 2023
除了上述科學家,美國阿貢國家實驗室也正在合成材料,中國曲阜師範大學高壓科研團隊、中國科學技術大學團隊則已發表 LK-99 材料的初步復現結果,兩者皆表明 LK-99 材料部分顆粒有抗磁性,展現半懸浮,但曲阜師範大學團隊隨後測量電阻發現樣品具高電阻率,可能是雜質太多。
中國北京航空航天大學、東南大學初步復現結果則未觀察到任何懸浮或抗磁性,認為材料本身表現更類似半導體行為。
A third levitating LK-99 superconductor replication video has dropped from China https://t.co/mCewSbYD9X
Caveat here is that they then measured the resistance and found it to have high resistivity, so more work needs to be done to get both levitation + zero resistance samples pic.twitter.com/Q6OTDjaReI
— Floates0x (@floates0x) August 1, 2023
目前這些驗證都尚未得出明確結論,只能說全球正熱切等待各實驗室對原始研究的進一步分析。
韓國團隊自身意見不一
不過有點尷尬的是,論文作者 Sukbae Lee 在接受《韓聯社》電採時直言,該論文還不是篇完整論文,甚至存在諸多缺陷,事實上也未打算於近日發表,是 Young-Wan Kwon 未經其他作者許可就擅自發表。
其他作者目前已提請一家國際期刊對論文進行審閱,將在通過正式同行評審後重新發表。
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(首圖來源:ScienceCast)