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韓國室溫超導是突破還是烏龍 什么是室溫超導體

導讀:7月下旬,韓國研究團隊在預印本網站arXiv平臺上提交了兩篇論文,聲稱發現了世界上首個室溫常壓超導體材料——LK-99(改性鉛磷灰石晶體結構)

韓國室溫超導是突破還是烏龍 什么是室溫超導體

7月下旬,韓國研究團隊在預印本網站arXiv平臺上提交了兩篇論文,聲稱發現了世界上首個室溫常壓超導體材料——LK-99(改性鉛磷灰石晶體結構)。

據彭拜新聞

為了證明其實驗結果的真實性,該團隊還專門上傳了一段視頻:將一個不規則的類圓柱薄片放在磁鐵上方,可以看到薄片一側翹起、懸空。

據奇聞事件

消息一出,瞬間引爆學術界,更有專家稱如果該成果被驗證為真,人類將進入“超導時代”,將會對能源、交通、量子計算等多領域有望迎來根本性變革。

什么是“室溫超導體”?

超導體與普通導電材料不同, 界定超導材料主要是看是否具備“零電阻”和“完全抗磁性”兩個特性。

其中,“零電阻”是指在某一個溫度下電阻為0,當電流通過它,無論超導材料有多長,都不會在超導材料內發生任何損耗,應用潛力非常可觀。

“完全抗磁性”是指,將超導體置于磁場之中,磁力線卻無法穿過超導體,超導體內部磁場依然為零——這是物理學中著名的邁斯納效應。

不過,所有的超導體都無法在常溫常壓下呈現超導狀態,要讓它們發揮作用,往往需要極低溫環境,以及極高壓環境,這一苛刻條件就限制了超導材料發揮最大的作用。

尋找“室溫超導體”之路并不容易。今年3月,美國有科研團隊宣稱發現新型材料在21攝氏度以及1GPa條件下實現超導現象,幾天之后,南京大學物理學院教授聞海虎團隊便公布了重復實驗結果,推翻了該室溫超導研究結果,相關論文于5月11日發表于《自然》雜志。

如今,僅時隔4個多月,韓國科研團隊就又宣稱在室溫超導領域有了石破天驚的發現。

物理學家苦苦尋找了100多年的“理想超導體”是否近在眼前,人類世界會因此發生那些改變?

有望帶來世界“工業革命”

據央視網

據央視網報道,南京大學超導物理和材料研究中心聞海虎主任就“常壓室溫超導體如果研究成功,會對我們現在的世界產生什么影響”給出了答復:

研究常溫常壓超導是非常重要的一件事情,如果能夠實現,確實能夠帶來很多方面的改變。

在醫療方面,最直接受到影響的是醫院里面使用的核磁成像裝置,如果有常溫常壓超導材料就不需要用任何低溫制冷的液體,使用價格會非常便宜。另外在輸電的時候使用常溫超導,所有電能在電路上的損失都可以節省下來,非常省電。

在大型的高速、高容量的計算中,散熱是一個比較棘手的問題,如果室溫超導成功的話,用這種材料做成計算芯片的連線就不會發熱,計算容量也會提高。

如果將超導磁懸浮運用在軌道交通上,在真空的管道里運行的高速列車,它的速度能夠達到每小時1000公里以上。

在國防方面也非常有用,用它做成的濾波器,可以保證通訊信號的品質。甚至在日常生活中,每個人用的手機都能夠用上超導材料,手機信號會大大提升;汽車里面的發動機使用超導,效率會提高很多,會讓汽車跑得更遠更快。

所以室溫超導如果研究成功,只要是與我們生活相關,電器、電子、醫療、國防、軌道交通、新能源、大型的計算和量子計算等等方面都會有飛躍性的發展。這將是一場真正的革命,也是一場深刻的工業界的革命。

“烏龍”還是實際性突破?

在韓國團隊發表論文和上傳視頻后瞬間引爆全球,在世界各地都掀起了一波對LK-99進行復現驗證的熱潮。

對于LK-99,此前曾證偽迪亞斯高溫超導材料的聞海虎主任在接受央視采訪時表示,韓國研究人員的文章內,電阻的測量數據寫得不是非常清楚,“他們是通過四探針法進行的數據測量,因為采用的是針尖,所以接觸的各個方面可能都有問題。并且現在顯示出來的所謂電阻的數據,看起來沒有一個數據顯示是非常穩定的儀器噪聲狀態的零電阻,這個電阻數據看起來是隨著溫度變來變去的,所以目前在電阻數據上還是存疑。”

此外,聞海虎對LK-99在磁化測量和視頻顯示磁懸浮上也表現出了質疑,“在磁化測量方面,盡管有抗磁,但是抗磁本身是不是超導還不好評判;雖然韓國的研究人員在視頻中顯示了磁懸浮,但視頻中顯示的磁懸浮不太像超導的磁懸浮,而是類似某種抗磁性加上重力的平衡以后所達到的磁懸浮態。所以從這三點看,目前沒有強烈的證據證明這是超導材料。”

8月1日,B站UP主“關山口男子技師”首發視頻宣布,他所在的實驗室已合成了可以磁懸浮的LK-99晶體。視頻簡介顯示,該UP主來自華中科技大學,其所在的團隊是由華中科技大學材料學院教授常海欣帶領,成員是博士后武浩、博士生楊麗。在“關山口男子技師”發布的兩個視頻中,一個是復現的LK-99晶體,樣品比牙簽還細,當把一個釹鐵硼磁體緩慢靠近材料下面時,樣品豎了起來,表現出斥力。第二個視頻是補充,當UP主用磁鐵吸引樣品時,沒有吸引力,材料體現的不是鐵磁性——由此,證明了實驗產物具備一定的抗磁性。

據B站UP主“關山口男子技師”

在公開范圍內,華科大團隊復現了全世界首個可以表現出磁懸浮現象的LK-99的樣品。

兩個視頻引發網友們紛紛留言。截至發稿時,兩個視頻的瀏覽量加起來超過了1220萬。

不過,抗磁性只是超導體的必要條件——換句話說,超導體都有抗磁性,但是有抗磁性的不一定都是超導體。

因此,截至目前,該樣品還不能完全被確認為復現的室溫超導體。接下來還需要測量磁化率以及是否具有零電阻效應。

UP主也承認,目前只針對一片幾十微米大小的樣品,驗證了邁斯納效應。但是,由于接下來的測電阻步驟可能破壞樣品,他表示實在不敢動。所以,現在正在加急燒第三批爐子(制備樣品)。

據奇聞事件報道,8月1日晚,常海欣教授也明確表示B站視頻為其團隊所發布,接下來還會公布相關的論文或公告,其他的內容暫時不便回應。

東南大學孫悅教授和施智祥教授的團隊是最早進行驗證實驗的團隊之一。早在7月25日,孫悅與施智祥團隊就決定購買原材料對LK-99進行復現,并在7月29日合成了LK-99樣品,發現樣品并無超導磁懸浮現象,隨后其對樣品進行磁化測量,也并未看到超導跡象,不過樣品確實表現出了一些負的磁化信號,說明存在一定的抗磁性(也不排除為雜質造成)。

據貝殼財經報道,有著15年從事超導研究的經驗的孫悅教授表示,通過X射線結構分析,可以證明其團隊合成的材料與韓國團隊材料相同,通過對該材料性質的測量,并沒有發現韓國團隊文章中所說的超導性質,也沒有發現磁懸浮,不過,現在還不能完全否定韓國團隊的發現肯定不是超導,他所在的團隊還在繼續探索和測量。

此圖表證明東南大學孫悅教授和施智祥教授的團隊制備出了與韓國團隊相同的材料。

而對于韓國團隊視頻中LK-99呈現出了“部分懸浮”跡象,孫悅表示,這其實并不能證明其為超導磁懸浮,因為如果LK-99是一個抗磁性材料,其也會產生“浮起來”的現象,但真正的超導磁懸浮材料,無論是倒過來放置,還是讓材料不斷旋轉,其也能完全懸浮,“抗磁性強的材料會浮起來,是因為其內部有一個排斥力,如果把該材料‘反過來’,可能會因為重力的關系導致其落下,但超導材料無論倒置還是旋轉,其都可以被磁場‘鎖住’。”

據報道,8月2日14時59分,孫悅在預印本網站arXiv提交論文稱,利用固相合成技術獲得了Pb10-xCux(PO4)6O的多晶樣品。X射線衍射證實其結構與參考文獻一致。在環境壓力下,100K以上溫度時,對Pb10-xCux(PO4)6O樣品進行檢測,測得零電阻。

該論文稱,“我們的發現表明,Pb10-xCux(PO4)6O有可能成為尋找高溫超導體的候選材料。”

隨后,3日凌晨1時12分,孫悅在國內網站嗶哩嗶哩(B站)上發布的相關解釋視頻——“LK99,110K零電阻觀測成功”,并評論稱,“必須再次強調,我們測量到0電阻(儀器分辨率極限的極小電阻),但是沒有抗磁性,所以我們并沒有說是觀察到超導。”孫悅在視頻中稱,“是在8月1號下午看到了類似于超導轉變的電阻的陡降行為,但是那時候我們的電阻不到0,它有一個很小的數值,所以我們后來又加緊地挑選樣品”,一共測了6片樣品,但只在1片樣品里面觀測到了零電阻,其他樣品大多數產生的是半導體的行為。

據B站UP主“科學調查局”

隨后,他們對前述觀測到零電阻的樣品進行了邁斯納效應的測量,“就是完全抗磁性測量,但是我們并沒有在磁性測量上面觀測到這個完全抗磁性,所以,我們猜測這個樣品里面的零電阻如果是超導造成的話,它的超導組分應該還是比較低。”孫悅說。

在視頻的最后,孫悅表示,“我們成功地在LK-99材料下面觀測到110K下的零電阻,但這并不是室溫超導的證據。它是否有室溫超導,我們還有待進一步的探索和測量,我們的團隊還會繼續在這方面努力,希望有更好的結果向大家匯報。”

前述論文稱,“在我們的樣品中沒有觀察到邁斯納效應……我們仍然需要更多的證據來證實超導性,并確定哪種成分負責零電阻(超導性)。此外,臨界溫度(Tc,超導轉變溫度)是否能提高到室溫,仍是一個懸而未決的問題。”

此外,8月1日,美國勞倫斯伯克利國家實驗室(LBNL)在arXiv上提交了一篇論文,在該研究中,LBNL納米結構材料理論研究員使用美國能源部的計算能力進行模擬,稱已經為銅摻雜鉛磷灰石的超導性找到了理論基礎,其結果支持LK-99作為室溫環境壓力超導體。

但需要注意的是,上述研究僅為計算機模擬,并未在實驗室中真正復現。而華中科技大的視頻發布者也表示,其“目前只驗證了邁斯納效應,只有一片幾十微米大小的樣品。測電阻需要破壞樣品”。

據了解,要證明某一材料存在超導性質,其必須滿足兩個條件:完全抗磁性(即邁斯納效應)和零電阻。目前,尚未有人真正驗證LK-99為室溫超導體。

韓國研究團隊發聲

根據arXiv信息,韓國研究團隊包括量子能源研究所代表李碩裴(音)、高麗大學研究教授權英完(音)、漢陽大學榮譽教授吳根浩(音)以及曾任職于韓國電子通信研究院(ETRI)的金賢卓(音)等。

需要注意的是,此次宣稱制造出室溫超導的韓國團隊的一名成員李碩裴在接受媒體采訪時稱,研究團隊并未準備好發表論文,但權英完在未征得其他作者同意的情況下,就擅自發布了論文,團隊目前已要求下架論文。李碩裴表示,這項研究其實是針對今年4月發布在韓國期刊的超導體論文的補充,并且已向國際期刊申請審查。金賢卓在接受美國媒體采訪時也表示,論文還存在很多缺陷,是在未經他許可的情況下發表的。

既要敢想敢做,也要腳踏實地

據奇聞事件報道,8月2日,研究超導領域的中山大學物理學院教授王猛表示:關于室溫超導,全世界都在關注,但目前的實驗證據還不足以支撐它就是超導,因為很多種性質都能導致‘那種懸浮’的出現,還需要事件降溫下來,大家慢慢去做。

實踐是檢驗真理的唯一標準。人類離室溫超導到底還有多遠? 時間會給出答案。

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