难以置信?研究人员声称实现世界上第一个室温超导体

2023年 8月 11日 24.0k 0

导读:超导体的重大发现具有非凡的意义,它可以消除大多数导电材料中的电阻,从而有可能开启微电子(包括处理器与存储器)领域的革命。

韩国团队论文作者在ScienceCast公布的画面,LK-99在室温下展现抗磁性。

过去几周里,互联网和朋友圈上充斥着这样的消息:韩国研究人员团队可能已成功制造出世界上第一个在室温和环境压力下工作的超导体。

这一进展引发了众多技术专家和 DIY 爱好者之间的军备竞赛,谁都想复制一个自己的新结果。尽管科学与学术界中不少人仍然对这是否真正代表了突破持谨慎怀疑态度,但实际上是有了一定的进展。

如果结果完全属实,这种超导材料可能具有很大的革命性,将为促进悬浮磁悬浮列车与量子计算机的制造开辟一条全新道路。

超导体研究合作团队来自韩国量子能源研究中心的 Sukbae Lee 和 Ji-Hoon Kim,以及来自 KU-KIST 融合科学与技术研究生院的 Young-Wan Kwon,他们于 7 月 22 日在开放获取网站 arXiv 上首次发表了他们的研究成果。

在论文中,该团队描述了如何合成他们称之为 LK-99 的超导材料。制造 LK-99 的过程需要使用研钵和杵等现成的工具,以及铅、氧、硫和磷的组合来制造铅磷灰石。在此种情况下,该团队将硫酸铅与铜磷化合物结合,然后在真空室中加热至 925°C。

这个实验过程中,目的是将铜的分子结构内改变为不同原子和键的方向。然后对这个样品进行测试,看它的部分样品在不同温度下的抗电阻能力有多大。研究小组发现,随着温度的降低,改性铅磷灰石的电阻急剧下降,在室温下电阻率降至为零。

因此,LK-99 似乎表现出所有超导体共有的一种特殊属性。

该团队的视频所示,LK-99 放在磁铁上时会部分漂浮。这种特性被称为『迈斯纳效应』,当材料变得有超导属性时,磁场被推出,给人一种悬浮的感觉,就会发生这种现象。

在研究人员的视频中,LK-99 的细条似乎被磁铁表面排斥——尽管并未完全做到,研究小组将此归因于样品中存在一些杂质。

是圣杯还是炒作?

韩国团队的工作具有潜在且重要的现实意义,因为地球上大多数材料都具有一定程度的电阻。阻力就像是一种摩擦力,只不过它是针对电能;这种电阻导致电能以热量的形式损失,从而降低了这种材料作为电导体的效率。例如,金属通常具有低电阻率,而木材具有较高电阻率。

超导体是一种可以承载电流而不会产生任何电阻的材料,但根据其构成材料的类型,可能需要将材料冷却到绝对零度,或将其置于低温下强大的压力促使超导发生。

过去几十年的科学工作表明,当某些元素金属(如铅、汞、铌和锡)结合成合金时,当它们冷却到绝对零度时便可以转变为超导体。

从那时起,人们就试图创造一种室温超导材料,包括现在这些有一定争议的工作,虽然这些发现仍有待独立验证。

目前,绝大多数超导材料只能在极低的温度或高压下发挥作用。例如,磁共振成像(MRI)机器,其本质上是一个由超导线制成的电磁体,这使得它能够产生强大的电磁场,而不会消耗大量电力或以热量形式损失。但目前大多数 MRI 机器都需要将电线持续浸泡在液氦中以保持低温,这使得机器体积非常庞大。

因此,对于物理与材料科学领域的许多专家来说,在环境温度和压力下工作的超导体便是上帝的圣杯——是一种无比神奇的材料,它将为便携式核磁共振机器以及超高效等更多可能性铺平道路。包括电网、增强的粒子加速器、超快数字电路和更稳定的量子计算机。

专家们对复制结果仍持怀疑态度

自从韩国团队的报告公布以来,其他知名机构的科学家们一直在试图通过复制这些结果来证明或反驳这些结果,也发生了一系列的重现活动。

瓦尔达航天工业公司的工程师安德鲁·麦卡利普(Andrew McCalip),他过去几天一直在实验室里努力复制LK-99。看来他可能已经成功了:8 月 4 日,麦卡利普发布了一段视频,其中显示了一块在磁铁上方漂浮和扭曲的微小碎片,并附有一段文字:“必须休息 24 小时。我们制作了石头,得到了一个超级有趣的结果,一个史诗般的视频,现在我必须赶上一天的其余生活。让我们利用周末重新集结,编写大量的论文,并弄清楚在接下来的几个月里将如何研究这一问题。现在我认为这些材料还不够研究,但让我们来讨论一下。真是有效率的一周。”

除了 McCalip 之外,阿贡国家实验室和华中科技大学 (HUST) 的专家也在复制与最初研究类似的样本,后者报告称他们尝试合成 LK-99 并复制了 LK-99 的成功,它们与超导相关的特性。

到目前为止,其他民间科学家也已经在 TikTok、Twitch、Twitter 以及 Bilibili 等媒体网站上发布了他们的实验。它们还被记录在一个用户的在线视频列表中,该列表每天更新。

尽管大规模的宣传,大多数科学家仍然怀疑这是否真的是历史上的突破性时刻。阿贡国家实验室的迈克尔·诺曼等一些人在《科学》杂志上警告说,验证韩国团队的工作需要时间,该团队的工作似乎是在激烈的幕后内讧中仓促发表的。

迈克尔·诺曼说:“他们表现得像真正的业余爱好者,他们对超导性知之甚少,而且他们提供一些数据的方式也非常可怀疑。”

上周晚些时候,《韩国中央日报》 报道称,该团队与当地公司和研究机构的所谓关系可能是捏造的,这对该团队的可信度造成了另一个打击。

此外,韩国超导与低温学会(KSSC)成立的一个委员会最近宣布该结果无效,并告诉新闻媒体“量子能源研究中心发表的研究数据表明其物理特性与典型超导材料不同......可以说,[量子能源研究中心发布的超导体]片段中显示的样本的运动可以用非超导材料来重现。”

但是,这些并不能阻止人们继续努力证实结果,而且所有这些同时进行的努力之间仍然存在许多相互矛盾的信息。

与此同时,尚不清楚这种“超导炒作”能否会被证明是真实的,因为结果的重复仅仅意味着——团队论文中的信息得到了证实,而不是说 LK-99 实际上就是超导体。

科学探索过程很少走直接的道路,而是需要反复试验——而且是大量的试验,然后才能绝对确定地验证某件事。

所以需要我们等待,看看什么最终能经得起科学的审查与考验。

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