近日,来自韩国的研究团队声称发现常压室温超导材料——LK-99,并将《第一个室温常压超导体》以及《超导体 Pb10-xCux(PO4)6O 在室温和大气压力下的悬浮现象及其机理》两篇论文发表在预印本网站 arXiv 上。(两篇论文研究人员不同,以下内容主要讲第一篇)在第一篇论文中,研究人员介绍 LK-99 是一种改良的铅-磷灰石结构,用铜离子取代了铅离子,产生应力,在微结构中引发畸变,从而可以在127℃以下表现出超导性,而且不需要外加压力。第二篇论文详细介绍了带来新突破的材料 LK-99,它也是第一篇论文(世界首个室温常压超导体)的核心内容。不仅如此,为了证明真实性,研究人员甚至直接放出了实验视频。也有网友表示:这要么是诺贝尔奖,要么就丢脸丢大了!论文发表后,第二篇论文协作者之一 Hyun-Tak Kim 接受媒体采访时说,两篇论文采用了相同的方法,然而“首个室温常压超导”这篇里存在许多缺陷,并愤怒地表示:没有经过自己允许就把论文上传到 arXiv 上。看完第一篇论文后,有网友对研究团队所引用的理论模型提出了质疑。Hyun-Tak Kim 表示:理解这种怀疑,但认为其他研究人员可以尝试重复他团队的实验,以解决这个问题。如果实验结果得到验证,那无疑是物理学史上最重要的发现之一。在磁悬浮、核聚变、量子计算机等多个领域,室温超导材料的应用前景将诱发革命性的创新,有望开启一个全新的时代。这篇论文的研究团队全部来自韩国,其中 Young-Wan Kwon 是高丽大学教授,主要研究领域包括凝聚态物理、先进材料等。第一作者 Sukbae Lee,是量子能源研究中心(Quantum Energy Research Center)的 CEO 兼研究员,长期从事高温超导领域的研究,Ji-Hoon Kim 是量子能源研究中心的研究员,也是本次超导样品合成工作的完成人。论文一开始,研究人员就表明:LK-99 在127°C(400 K)以下表现出超导性,而且不需要温度和压力等外部因素来诱导。研究人员用 Cu2+ 离子取代 Pb2+ 离子,由于铜离子的半径小于铅离子的半径,从而在三维网络中引起应力,造成了微小的晶体结构畸变(表现为 0.48% 的体积收缩),从而导致了材料界面处超导量子阱的形成(SQW)。注:量子阱是指在微观尺度上与电子的德布罗意波长相当的势阱,它是一个纳米级的薄层,能够把(准)粒子(如电子或空穴)限制在与该层表面垂直的方向上,而其他方向的运动则不受限制。这种现象属于量子效应。形象点说,量子阱就是一种很小很小的井,里面的电子只能上下跳,不能左右跑。这是因为电子有一种波的性质,只有在很小的空间里才能形成波。此前英国剑桥大学的约瑟夫森(Brian Josephson)理论上预测了穿过隧道壁垒的超导电流,也就是著名的约瑟夫森效应,这意味着电子通过隧穿在量子阱之间移动时,电阻将为零。LK-99 中量子阱的间隔估计为 3.7 Å~6.5 Å,这样就有利于量子阱之间发生隧穿效应,从而赋予这种材料超导性。简单来说,正是微小的晶体结构变形,使得 LK-99 具有超导性。此外,研究人员还使用了多种方法来证明 LK-99 的超导性,如临界温度、零电阻率、临界电流、临界磁场和迈斯纳效应等。对于研究人员放出的实验视频中超导体只有一端悬起,有网友也发表了自己的看法。Hyun-Tak Kim给出的解释是:视频中的材料只有一部分成为超导体。(言外之意:LK-99还未完全成功)就在 LK-99 掀起高潮的同时,上一个宣称实现室温超导的物理学家又要撤稿了。今年3月,在美国内华达州拉斯维加斯举办的物理学会年会上,美国罗彻斯特大学助理教授Ranga Dias发表了主题为“极端条件下的物质:静态超导实验”的演讲。Ranga Dias团队宣称发现了近常压的室温超导体,该超导体是由氢、氮、镥三种元素组成,其在大约10kbar(也就是1GPa,约相当于1万个大气压)下可以实现约294K(也就是约21℃)的室温超导电性。不过在论文发表后短短几天时间里,国内几个团队都陆续发表了相关实验结果,无一例外地给出了否定的结论。- 中科院物理所的靳常青研究员团队:他们发现镥氢化物超导体(Lu4H23)在218 GPa的压强下,超导转变温度是71 K,远不及室温。
- 中科院物理所的程金光研究员团队:他们重现了氢化镥在约2.2 GPa时变成粉红色,在约4 GPa时又变成亮红色的颜色变化,但在7.7GPa、1.5K的条件下仍然没有看到超导的迹象。
- 南京大学闻海虎团队:他们直接重复了Dias的材料配方和实验路径,成功获得了氮掺杂氢化镥(LuH2±xNy)材料,并将其置于1GPa~6GPa的压强环境下,在300 K左右有一些电阻数据变化,但看起来应该是材料结构的变化,并非超导相变。
而最近,Dias再因为学术不端,在《物理评论快报》(PRL)发表的一篇论文中伪造数据而被撤稿。至于此次韩国团队发现常压室温超导材料是否属实,让子弹再再再再再飞一会。参考链接:
1、DeepTech深科技 -《韩国学者称发现第一个室温常压超导体,目前有待学界同行复现实验》
2、《The First Room-Temperature Ambient-Pressure Superconductor》&《Superconductor Pb10−x