室温超导研究成果病毒性传播后 第一批复现实验结果要出炉了

如果说谣言有翅膀,那么划时代的科学发现相当于装上了喷气式发动机。韩国科研团队的研究论文出现在预印本网站 arXiv.org 后几个小时内,就引起了堪称病毒式的传播。研究人员声称,他们发现了一种室温环境下的超导体,这种材料可以在日常条件下完美导电。

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室温条件下的超导体经常因其颠覆许多技术的潜力而受到吹捧。它可以实现完美高效的电网、悬浮列车、商业上可行的聚变反应堆——诸如此类的例子不胜枚举。有人说韩国团队的这项研究要是真的,那妥妥预订诺奖啊。幼稚!这要是真的,直接以作者名字设个新奖明天就能吊锤诺贝尔~

此言一出,世界各地的科研团队纷纷投入战斗,冀望能够复现韩国团队的实验。

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当电子流过标准导电材料(比如铝线)时,它们的作用就像碰碰车一样,从原子上弹开。所有这些弹跳都会产生阻力,从而减少电流。但如果铝线冷却到绝对零度以上约1开尔文(1K, -272 ℃),“交通规则”就会发生奇怪的改变:电子结合成对,在铝原子之间以零电阻无摩擦地滑动。

1987 年,研究人员发现了第一个“高温”超导体,这种材料只需冷却至 77 开尔文(77K, -196 ℃),通过廉价且充足的液氮即可轻松达到这一温度。这一研究成果激发了科学家们对跟接近常温下超导可能性的探索热情。

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但过去数十年里,由于研究成果的进展不前,学术界的热情逐渐消退,“高温”超导体仍然只存在于超低温的条件下,非常脆弱且不切实际。

而最近十年,不少研究人员转换思路,试图寻求一种有趣的替代方案:他们发现氢基化合物在相对较高的温度下是超导体,但只有在压力大于一百万个大气压的情况下才会如此。

显然,日常环境下维持如此高压甚至比维持超低温更不切实际。

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而这次韩国团队的论文和实验中的 LK-99 是一种铅、铜、磷和氧的化合物,科研人员表示在高于 400K(127℃)的温度和环境压力下 LK-99 是超导体。

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他们还附上了制作这种复合物葡萄干大小颗粒的详细配方,需要将粉末状的成分按照精确的比例混合,然后在高温下烘烤混合物。

论文进一步描述对 LK-99 进行的测试,科研人员发现电阻率在 378K(105 ℃)左右急剧下降,然后在 333K(60 ℃)左右几乎为零。

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尽管零电阻是超导的标志,但还需要其他测试来确认真正的超导体。其中一项测试是针对迈斯纳效应的:由于超导体会排斥磁场,因此会排斥其他磁铁,从而产生标志性的悬浮效应。

Meissner Effect

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因此韩国研究人员还提供了一段他们所说的 LK-99 展示迈斯纳效应的视频,不过需要注意超导体并非唯一能漂浮在磁铁上方的物体,例如石墨也可以悬浮

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过去几十年里各路被证伪的“重大科学成果”一直困扰着超导体研究领域。

1986年,IBM公司苏黎世研究所的Johannes BednorzKarl Müller发现特定的半导体氧化物可以在低于35K的温度下显示出超导性,特别是镧钡铜氧化物,一种缺氧钙钛矿型的潜在材料。

Johannes Bednorz 和 Karl Müller 因此荣获了1986年诺贝尔物理学奖

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在此基础上,1987年阿拉巴马大学的吴茂昆和休斯敦大学的朱经武联合发现了钇钡铜氧(YBCO, Yttrium barium copper oxide) ,这引发了又一轮对新高温超导材料的研究热潮。

YBCO是首个超导温度在 77K 以上的材料,也就是说它的转变温度高于液氮的沸点,用相对便宜的液氮就可以冷却。之前发现的超导体都必须用液氦或液氢冷却。

然而在后续的研究实验,尤其是商业化应用过程中,YBCO 逐渐暴露出身板娇贵、造价昂贵、电流低等问题。

像 YBCO 一样曾让人充满希望但最终失败的 list 还在不断增加:氯化铜、氨基化合物等等最终都被证明“此路不通”。而最近一次,则是年初罗切斯特大学的Ranga Dias团队。但一系列的撤稿和学术不端指控损迅速的让他声名狼藉。

所有这些都意味着,对于室温超导材料的新科研成果,人们默认会抱有强烈的怀疑态度,尤其是那些尚未经过 peer-review 的发现。

莱斯大学的Prof. Doug Natelson在研究韩国团队的两篇论文时就发现了一些奇怪的情况:两篇论文都包含详细说明 LK-99 磁性的数据图,两图均来自同一数据集,因此应该是相同的。但其中一篇论文数据图的 y 轴比例却比另一篇论文中的比例大约 7,000 倍。

这种不一致并不能直接说明什么,但无疑加重了其他学者们的疑虑。

最终的真相还需要耐心等待,但由于 LK-99 的合成配方很简单,几乎在论文发布的同一时间,众多科研团队就立即开始了复现实验。从时间上来说,上周末第一批复现的结果应该已经出来了。

虽然现在网上流出的消息还真伪难辨,有说南大团队复现失败,也有说中科院物理所复现成功的,但证明为假需要无数人无数次的失败,证明为真只需要一次成功

今日“电”科研

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Molly老师
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