• 周二. 5 月 28th, 2024

第四次工业的开端在韩国科研团队合成室温常压超导体

近日,韩国科学家李石培(Sukbae Lee)、金智勋(Ji-Hoon Kim)和权咏焕(Young-Wan Kwon)宣布,已制造出首个室温常压下可以使用的超导材料。他们将这种新材料命名为 “LK-99″。超导体的零电阻特性将使它获得广泛的应用,包括在通信领域改善通信质量,提高精密仪器精确度和灵敏度,甚至可能应用到新型低能耗、自纠错的拓扑量子计算领域,提高计算速度和算力。在论文中,他们宣称:” 我们相信我们的新发现将是一个全新的历史事件,开启了人类的新时代。” 科学界,尤其是超导研究领域的科学家对此极为兴奋,但仍然保持谨慎态度。

  新材料 “LK-99”

三位科学家是在向学术平台 arXiv 提交的两篇论文中宣布了这一突破性成果。在这两篇论文中,研究团队描述了 “LK-99” 这种新材料的特性,以及它是如何制造出来的。

“LK-99” 是一种由铅、铜、磷和氧组成的化合物,在 400 开尔文(126.85 ℃)以下的温度和常压下是一种超导体。制备这种葡萄干大小颗粒状化合物需要将粉末成分按照精确的比例混合,然后在高温下烘烤。

研究团队还报告了对 “LK-99” 的测试,并称在 378 开尔文(104.85 ℃)左右,电阻急剧下降,然后在 333 开尔文(59.85 ℃)左右接近零。虽然零电阻是超导性的标志,但还需要进行其他测试来确认是否真正是超导体。

其中一种测试是 “迈斯纳效应”(Meissner effect):由于超导体会排斥磁场,它会排斥其他磁体,产生标志性的悬浮效应。韩国研究人员提供了一个视频,据称显示 “LK-99″ 表现出 ” 迈斯纳效应 “,但超导体并不是唯一能够在磁体上悬浮的物体,例如石墨也会悬浮。

据称,如果 “LK-99” 被证实为超导体,它将具有许多可能的应用,例如磁铁、电机、电缆、磁悬浮列车、电力电缆、量子计算机的量子位、太赫兹天线等等。

超导体研究历程

超导体具有零电阻,并且在经典和量子计算、电力传输、医学成像以及高速列车等领域有广泛应用。通常情况下,材料要想表现出超导性质,需要进行超冷却,通常接近绝对零度,并置于高压环境中,这增加了相关的能源和工程要求,限制了其应用范围。

1987 年,研究人员发现了第一种 ” 高温 ” 超导体,这些材料只需要冷却到 77 开尔文(-196.15 ℃)就可以实现零电阻。科学家通过液氮可以轻松且廉价地达到这样的温度。这些材料在电学上令人兴奋,引起科学家和公众对更高温度超导性可能性的热情。但随着进展减缓,” 高温 ” 超导体仍然局限于低温,而且易碎,实际应用不实际。

过去十年,研究人员曾追求一种替代方案:他们发现了基于氢的化合物,在相对较高的温度下会成为超导体,但需要在 100 万大气压以上的高压下实现。然而,维持如此高的压力比维持超低温更加不现实。

韩国研究团队的论文因此在科学界引起了极大的兴奋和怀疑。然而,过去几年中也有其他研究人员声称找到了常温 / 常压超导体,但都未能兑现他们的承诺。这个新研究的研究人员回应了这种怀疑,建议其他人重复他们的实验来测试他们的发现。

如果他们的声明被证实,那么韩国的这个团队将取得物理学历史上的一项重大的突破。这也无疑将引领电子学领域的性变化。参与其中的所有人都有望获得诺贝尔奖。

科学界质疑

长期以来,超导性领域一直受到未经审查而无法经受检验 ” 震撼声明 ” 的困扰。1987 年,当一个名为 YBCO 的化合物被发现是高温超导体时,一些研究人员认为他们看到了这种化合物在常温下发展超导性的迹象,但在仔细检查后这些迹象消失了。一度被看好的失败案例不胜枚举:铝和碳的复合物、氯化铜、以及基于氨的化合物等等,都曾为常温超导性提供了希望,但最终被证明是幻觉。

罗切斯特大学的一名物理学家罗刚 · 迪亚斯(Ranga Dias)最近曾多次宣称发现了常温超导体。但撤稿和对科学不端行为的指控损害了这些发现的可信度。

所有这些意味着科学界对常温超导性的新报道抱有强烈的怀疑态度——尤其是那些尚未经过同行评审的报道。韩国团队论文中的一些细节也引起了担忧。佛罗里达大学的物理学家詹姆斯 · 哈姆林(James Hamlin)指出了 “LK-99″ 磁性性质测量中的奇怪之处。他说:” 它测量中展现出的性质不太符合我的过往经验。”

莱斯大学物理学家道格拉斯 · 纳特尔森(Douglas Natelson)在接受媒体采访时表示,在审查这两篇论文的过程中发现了更奇怪的事情。两篇论文都包含一个 “LK-99” 的磁性性质数据图。这两个图应该来源于同样的数据集,因此应该是完全相同的。但其中一篇论文中的图的 y 轴刻度比另一篇论文中的图约大 7000 倍。虽然这种不一致并不能证明任何事情,但至少表明在校对方面存在令人担忧的不足。然而,韩国研究团队尚未对这些问题做出回应。

要证实 “LK-99” 是室温常压超导体仍需要耐心。有独立研究团队正试图复制韩国团队的成果。由于 “LK-99″ 的合成方法很简单,结果可能会在未来几天或几周内出现。纳特尔森对此感兴趣,但他并不抱太大期望。

” 人们常常发现令人惊奇的事物,但最终可能并没有结果。这并不罕见。” 他说。