韓國造出世界首個室溫超導(dǎo)體？127度實現(xiàn)超導(dǎo)，復(fù)現(xiàn)即鎖定諾獎

新智元報道

編輯：編輯部

【新智元導(dǎo)讀】室溫超導(dǎo)圣杯又被摘下了？韓國的物理學(xué)家聲稱，發(fā)現(xiàn)世界首個室溫常壓超導(dǎo)體——LK-99。這次能預(yù)定諾獎嗎？

室溫常壓超導(dǎo)，又被人突破了？這次，是韓國科學(xué)家。他們聲稱發(fā)現(xiàn)世界首個室溫常壓超導(dǎo)體——改性鉛磷灰石晶體結(jié)構(gòu)。

韓國物理學(xué)家在論文中表示——

所有證據(jù)都可以證明，LK-99是世界首個室溫常壓超導(dǎo)體。LK-99的誕生意味著室溫超導(dǎo)領(lǐng)域的重大突破，開啟了一個全新的歷史時代。

消息一出，瞬間引爆互聯(lián)網(wǎng)，分分鐘登頂Hacker News。假如這次發(fā)現(xiàn)為真，那么我們就能實現(xiàn)無損的能量傳輸，全球的能耗問題將從源頭上解決，人類能利用電能獲得巨大的力量。

如果再從根上掌握了可控核聚變，我們甚至可以進(jìn)行遠(yuǎn)距離的太空旅行。而掌握這項技術(shù)的人，無疑將引領(lǐng)世界，簡直就是科幻走進(jìn)現(xiàn)實。

不過，這一次，是真的嗎？網(wǎng)友們炸了：能復(fù)現(xiàn)不？甭管論文看沒看完，網(wǎng)友們是先炸為敬。

“如果是真的，那就是核彈級消息”。

“這可太瘋狂了。我對于這些科學(xué)研究通常都持懷疑態(tài)度，但這一次，似乎是可信的。接下來，就等著看實驗結(jié)果能否復(fù)現(xiàn)了……”

“我無法抑制自己的興奮。這感覺就像2020年1月，一場巨大的浪潮即將到來，但還沒有任何人意識到。活著真是太好了！趕快讀讀論文。”

“大家請注意，市場目前對這篇論文持懷疑態(tài)度——即使概率能高達(dá)六分之一，都會讓我驚訝。”

“如果真的能實現(xiàn)室溫超導(dǎo)電子設(shè)備，太赫茲處理器速度的前景就太誘人了！”

“如果能證明這次是真的，那可真是重磅消息。”

“但如果要等到應(yīng)用，估計不會很快。無數(shù)例子證明，科學(xué)研究的實現(xiàn)會滯后20年。”

“那些80年代中期的高溫超導(dǎo)體現(xiàn)在都已大規(guī)模生產(chǎn)，用于核磁共振和聚變初創(chuàng)公司?！?/p>

我不認(rèn)為所有的超導(dǎo)體突破都需要40年，理由很充分：“行業(yè)引導(dǎo)、市場發(fā)現(xiàn)等都已完成?！?/p>

甭管說得多么玄乎，還是讓我們仔細(xì)讀讀論文。

世界首個室溫常壓超導(dǎo)體？

韓國科學(xué)家表示，他們在全世界首次用化學(xué)方法合成了室溫常壓超導(dǎo)體——LK99（改性鉛-磷灰石）。

盡管人類很早就知曉物質(zhì)的性質(zhì)源于它的結(jié)構(gòu)，但迄今為止，我們發(fā)現(xiàn)的影響超導(dǎo)體產(chǎn)生超導(dǎo)性的兩個主要因素，是溫度和壓力。

它們通過引起應(yīng)力使材料中的結(jié)構(gòu)發(fā)生微小的變形和應(yīng)變，從而為超導(dǎo)創(chuàng)造電子狀態(tài)。

而LK-99的超導(dǎo)性是由微小的體積收縮（0.48%）導(dǎo)致的結(jié)構(gòu)形變引起，不是由溫度和壓力等外部因素引起的。

通過臨界溫度（Tc）、零電阻率、臨界電流（Ic）、臨界磁場（Hc）和邁斯納效應(yīng)，都可以證明LK-99的超導(dǎo)性。

圖1(a) 顯示了不同溫度（298K-398K）下的測量電壓與施加電流，圖1(b) 為LK-99薄膜的零電阻率，圖1(c) 顯示了外加電流對外加磁場（H）的依賴關(guān)系，在圖1(e)和(f)中，顯示了在400K和3000Oe以上的情況下，臨界電流值仍未為零（7 mA）

從以上實驗數(shù)據(jù)可以判斷，LK-99的臨界溫度在400K以上。

圖2：作者通過X射線衍射分析（XRD），與COD數(shù)據(jù)庫進(jìn)行匹配，確定了LK-99的晶體結(jié)構(gòu)為多晶體（Apatite: 磷灰石）

LK-99為灰黑色，與典型超導(dǎo)體的顏色相同。

它具有三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)（如下圖），是一個被絕緣四面體結(jié)構(gòu)包圍的圓柱形柱。

在如下側(cè)視圖中，間隔排列的這些圓柱形柱由非對稱的六面體組成，包含兩個對置的三角形。

研究者發(fā)現(xiàn)，由于LK-99中離子的替換，導(dǎo)致體積減少了0.48%，因為離子（87 pm）比離子（133pm）小。

應(yīng)力發(fā)生在網(wǎng)絡(luò)部分，然后就導(dǎo)致了超導(dǎo)性的出現(xiàn)。

而LK-99的熱容曲線（右下黑色曲線）不遵循Debye模型，證實了LK-99具有被取代而扭曲的結(jié)構(gòu)。

同時，LK-99的EPR信號圖（如下），證實了Pb(1)和磷酸鹽界面上存在量子阱（SQW）。

而Pb(1)和磷酸氧之間通過結(jié)構(gòu)畸變和應(yīng)變產(chǎn)生了SQW，其結(jié)構(gòu)如下圖所示。

與此前研究不同，LK-99的超導(dǎo)性的表達(dá)，與SQW的形成密切相關(guān)。Josephson等發(fā)現(xiàn)了超導(dǎo)體之間存在隧穿效應(yīng)，這意味著電子通過隧穿在量子阱（SQW）之間移動時，電阻將為零。

考慮到LK-99中SQW間隔預(yù)計在，此時SQW之間的隧穿效應(yīng)很可能發(fā)生，LK-99也就獲得了超導(dǎo)性?？傊琇K-99之所以在室溫和環(huán)境壓力下表現(xiàn)出超導(dǎo)性，就是因為LK-99中，離子的置換所產(chǎn)生的應(yīng)力沒有得到緩解，同時又被適當(dāng)?shù)貍鬟f到了柱-柱界面上。

這種適當(dāng)?shù)淖冃危诮缑嬷挟a(chǎn)生了SQW，而不會產(chǎn)生松弛。

在論文最后，研究者表示：所有證據(jù)都可以證明，LK-99是世界首個室溫常壓超導(dǎo)體。而LK-99的應(yīng)用場景十分廣闊，包括磁鐵、電機、電纜、懸浮列車、電力電纜，量子計算機的量子比特和THz天線等。

總之，LK-99的誕生意味著室溫超導(dǎo)領(lǐng)域的重大突破，可以說開啟了一個全新的歷史時代。

上一個已被打臉。

如果他所述屬實，無疑是在該領(lǐng)域取得了顛覆性突破，相當(dāng)于摘下了物理學(xué)的一座圣杯。

這樣一顆驚雷在拉斯維加斯舉辦的物理學(xué)會上炸響，當(dāng)場震驚了所有大咖。

不過，很可惜的是，Ranga Dias的結(jié)果此后并未被任何一個實驗室成功復(fù)現(xiàn)。

Dias繪制的晶胞圖，白色原子是氫，綠色的是镥，粉色的是不同位點的氫原子

在更早的時候，第一個已知的超導(dǎo)體只能保持在高達(dá)約25K的超導(dǎo)狀態(tài)。

在20世紀(jì)80年代末，研究人員發(fā)現(xiàn)了第一個所謂的高溫超導(dǎo)體，其超導(dǎo)率高達(dá)90 K——液氮可以達(dá)到這種溫度。

科學(xué)家認(rèn)為他們正處于室溫超導(dǎo)體革命的風(fēng)口浪尖上。

1911年發(fā)現(xiàn)了第一個超導(dǎo)體Mercury

但是，到目前為止，這些早期實驗中使用的高溫超導(dǎo)體（主要是氧化銅）都沒有顯示其超導(dǎo)性保持在約160K以上，低于南極洲記錄的最冷溫度。

還有另一條預(yù)測的高溫超導(dǎo)路徑。模型表明，在巨大的壓力下，氫可以轉(zhuǎn)化為金屬，在數(shù)百開爾文時可以超導(dǎo)。

包括Dias和他的哈佛大學(xué)博士后顧問Isaac Silvera在內(nèi)的幾組研究人員聲稱在實驗室中制造了金屬氫，但該州存在的確鑿證據(jù)仍然難以捉摸。

研究人員更幸運地創(chuàng)造了在較低壓力下凝固的金屬氫合金。

2009年，研究人員聲稱發(fā)現(xiàn)了第53種元素是超導(dǎo)體。在發(fā)現(xiàn)結(jié)果背后的數(shù)據(jù)受到操縱后，這一說法后來被撤銷。

2015年，來自德國的一個團隊報告了硫化氫（H(3)S）的超導(dǎo)性，為203 K和155 GPa。四年后，有報告稱氫化鑭（LaH(10)）在250 K和170 GPa實現(xiàn)超導(dǎo)。第一個室溫超導(dǎo)體似乎觸手可及。

2020年10月14日，Dias和他的同事在Nature上宣布，他們在含氫材料碳?xì)浠衔铮–SH）中發(fā)現(xiàn)了超導(dǎo)性，其含量為287 K和267 GPa——第一個室溫超導(dǎo)體。

不過，Dias隨后就被打假，并以“黑歷史”而著名。

所以，這次韓國物理學(xué)家的結(jié)果，能被成功復(fù)現(xiàn)嗎？