韓國(guó)造出世界首個(gè)室溫超導(dǎo)體？127 度實(shí)現(xiàn)超導(dǎo)，復(fù)現(xiàn)即鎖定諾獎(jiǎng)

室溫常壓超導(dǎo)，又被人突破了？

這次，是韓國(guó)科學(xué)家。他們聲稱發(fā)現(xiàn)世界首個(gè)室溫常壓超導(dǎo)體 —— 改性鉛磷灰石晶體結(jié)構(gòu)。

韓國(guó)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(gè)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(kāi)啟了一個(gè)全新的歷史時(shí)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(shí)現(xiàn)無(wú)損的能量傳輸，全球的能耗問(wèn)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?gòu)母险莆樟丝煽睾司圩儯覀兩踔量梢赃M(jìn)行遠(yuǎn)距離的太空旅行。而掌握這項(xiàng)技術(shù)的人，無(wú)疑將引領(lǐng)世界，簡(jiǎn)直就是科幻走進(jìn)現(xiàn)實(shí)。

論文地址：https://arxiv.org/abs/2307.12008

不過(guò)，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(méi)看完，網(wǎng)友們是先炸為敬。

「如果是真的，那就是核彈級(jí)消息?！?/p>

「這可太瘋狂了。我對(duì)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(lái)，就等著看實(shí)驗(yàn)結(jié)果能否復(fù)現(xiàn)了……」

「我無(wú)法抑制自己的興奮。這感覺(jué)就像 2020 年 1 月，一場(chǎng)巨大的浪潮即將到來(lái)，但還沒(méi)有任何人意識(shí)到。活著真是太好了！趕快讀讀論文?！?/p>

「大家請(qǐng)注意，市場(chǎng)目前對(duì)這篇論文持懷疑態(tài)度 —— 即使概率能高達(dá)六分之一，都會(huì)讓我驚訝?！?/p>

「如果真的能實(shí)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(jì)不會(huì)很快。無(wú)數(shù)例子證明，科學(xué)研究的實(shí)現(xiàn)會(huì)滯后 20 年?！?/p>

「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。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(chǎng)發(fā)現(xiàn)等都已完成。」

甭管說(shuō)得多么玄乎，還是讓我們仔細(xì)讀讀論文。

世界首個(gè)室溫常壓超導(dǎo)體？

韓國(guó)科學(xué)家表示，他們?cè)谌澜缡状斡没瘜W(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(gè)主要因素，是溫度和壓力。

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

從以上實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可以判斷，LK-99 的臨界溫度在 400K 以上。

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(gè)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(duì)稱的六面體組成，包含兩個(gè)對(duì)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?yàn)?img src="http://img.ithome.com/images/v2/t.png" w="97" h="73" class="lazy" title="韓國(guó)造出世界首個(gè)室溫超導(dǎo)體？127 度實(shí)現(xiàn)超導(dǎo)，復(fù)現(xiàn)即鎖定諾獎(jiǎng)" data-original="https://img.ithome.com/newsuploadfiles/2023/7/6aa4e0d1-cbbc-4e32-a996-95a5eb91c50f.png?x-bce-process=image/format,f_auto" width="97" height="73">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(shí)了 LK-99 具有被取代而扭曲的結(jié)構(gòu)。

同時(shí)，LK-99 的 EPR 信號(hào)圖（如下），證實(shí)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(guò)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(guò)隧穿在量子阱（SQW）之間移動(dòng)時(shí)，電阻將為零。

考慮到 LK-99 中 SQW 間隔預(yù)計(jì)在，此時(shí) 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。

總之，LK-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?yàn)?LK-99 中，離子的置換所產(chǎn)生的應(yīng)力沒(méi)有得到緩解，同時(shí)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(huì)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(gè)室溫常壓超導(dǎo)體。

而 LK-99 的應(yīng)用場(chǎng)景十分廣闊，包括磁鐵、電機(jī)、電纜、懸浮列車、電力電纜，量子計(jì)算機(jī)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(shuō)開(kāi)啟了一個(gè)全新的歷史時(shí)代。

上一個(gè)已被打臉

今年 3 月，物理學(xué)界就曾掀起一場(chǎng)軒然大波。來(lái)自美國(guó)羅切斯特大學(xué)的物理學(xué)家 Ranga Dias 聲稱自己在 21℃條件下實(shí)現(xiàn)了室溫超導(dǎo) —— 由氫（99%）、氮（1%）和純镥制成的材料 LNH 在 21°C、1GPa 條件下就實(shí)現(xiàn)了超導(dǎo)狀態(tài)。

如果他所述屬實(shí)，無(wú)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(huì)上炸響，當(dāng)場(chǎng)震驚了所有大咖。

不過(guò)，很可惜的是，Ranga Dias 的結(jié)果此后并未被任何一個(gè)實(shí)驗(yàn)室成功復(fù)現(xiàn)。

中科院物理所也發(fā)表論文「打假」，表示沒(méi)復(fù)現(xiàn)成功：二元镥氫化合物（Lu4H23），在 71K（-202°C）、218GPa 條件下實(shí)現(xiàn)超導(dǎo)轉(zhuǎn)變，這一結(jié)果既不「室溫」，也不「近常壓」。

論文地址：https://arxiv.org/abs/2303.05117

在更早的時(shí)候，第一個(gè)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(gè)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?？茖W(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。

但是，到目前為止，這些早期實(shí)驗(yàn)中使用的高溫超導(dǎo)體（主要是氧化銅）都沒(méi)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(cè)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(kāi)爾文時(shí)可以超導(dǎo)。

包括 Dias 和他的哈佛大學(xué)博士后顧問(wèn) Isaac Silvera 在內(nèi)的幾組研究人員聲稱在實(shí)驗(yàn)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(yùn)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(shuō)法后來(lái)被撤銷。

2015 年，來(lái)自德國(guó)的一個(gè)團(tuán)隊(duì)報(bào)告了硫化氫（H (3) S）的超導(dǎo)性，為 203 K 和 155 GPa。四年后，有報(bào)告稱氫化鑭（LaH (10)）在 250 K 和 170 GPa 實(shí)現(xiàn)超導(dǎo)。第一個(gè)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?cè)诤瑲洳牧咸細(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(gè)室溫超導(dǎo)體。

不過(guò)，Dias 隨后就被打假，并以「黑歷史」而著名。

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

參考資料：

• https://arxiv.org/abs/2307.12008

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