距離美國羅徹斯特大學(xué)研究人員宣稱發(fā)現(xiàn)一種室溫超導(dǎo)材料不到5個月,全球科學(xué)界在室溫超導(dǎo)材料方面又宣布重大發(fā)現(xiàn)。
近日,韓國一個科學(xué)家團(tuán)隊(duì)表示,他們發(fā)現(xiàn)了全球首個室溫常壓超導(dǎo)材料——改性鉛磷灰石晶體結(jié)構(gòu)(下稱LK- 99,一種摻雜銅的鉛磷灰石)。該團(tuán)隊(duì)興奮地指出,“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?!?/strong>
不過,《每日經(jīng)濟(jì)新聞》記者注意到,該團(tuán)隊(duì)的論文目前僅上傳到了預(yù)印本服務(wù)器arXiv,還不清楚該論文是否已提交給期刊進(jìn)行同行評議。由于已有同題的研究被“推翻”的先例,該韓國科學(xué)家團(tuán)隊(duì)的研究成果也必然將受到嚴(yán)格審查。
研究稱新材料LK-99 的臨界溫度僅為127°C
為
超導(dǎo)性的關(guān)鍵點(diǎn)則在于臨界溫度,只要低于這個溫度,材料就會具有超導(dǎo)性。因此,一種能夠在實(shí)驗(yàn)室之外的常規(guī)條件下工作的超導(dǎo)體將是革命性的。
如今距離人類首次發(fā)現(xiàn)超導(dǎo)現(xiàn)象已經(jīng)有100多年了。早在1911年,荷蘭物理學(xué)家Heike Kamerlingh Onnes就已經(jīng)發(fā)現(xiàn),當(dāng)溫度降低至4.2K(約-268.95℃)時,浸泡在液氨里的金屬汞的電阻會消失。
《每日經(jīng)濟(jì)新聞》記者還注意到,在韓國此次的研究公布之前,也有其他研究人員聲稱開發(fā)出了室溫超導(dǎo)的材料。
早在2020年,美國內(nèi)華達(dá)大學(xué)的研究人員就稱其開發(fā)出了一種室溫超導(dǎo)材料,并成立了一家名為Unearthly Materials來進(jìn)一步開發(fā)。
今年3月份,來自美國羅切斯特大學(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)。
不過,Dias團(tuán)隊(duì)的研究發(fā)表后遭到多方質(zhì)疑。加州大學(xué)圣地亞哥分校理論物理學(xué)家喬治·赫希(Jorge E.Hirsch)教授曾對每經(jīng)記者指出,Dias本人并沒有在拉斯維加斯的美國物理學(xué)會會議上對他們團(tuán)隊(duì)的研究進(jìn)行復(fù)現(xiàn)。而在Dias的研究公布后,南京大學(xué)聞?;F(tuán)隊(duì)曾火速安排重復(fù)實(shí)驗(yàn),但團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn),Dias給的制備樣品方案幾乎不可行,于是他們結(jié)合自己的條件,完全以新的方式進(jìn)行合成并得到了镥氮?dú)洳牧?。“我們的?shí)驗(yàn)清楚地表明,從環(huán)境壓力到6.3GPa,溫度低至10K(約-263攝氏度),镥氮?dú)洳牧螸uH2±xNy中不存在超導(dǎo)性?!?nbsp;
由于Dias團(tuán)隊(duì)的另一篇關(guān)于室溫超導(dǎo)的論文曾在2020年被《自然》撤稿,理由是研究人員在數(shù)據(jù)處理方面存在違規(guī)行為,這削弱了編輯們對類似研究結(jié)果的信心。
近年來,全球之所以對室溫超導(dǎo)材料關(guān)注如此密切,正是因?yàn)檫@項(xiàng)技術(shù)一旦得到突破,將有可能徹底改變科學(xué)和技術(shù)的方方面面。室溫超導(dǎo)體最顯著的優(yōu)點(diǎn)之一是其提供了前所未有的能源利用效率。通常來講,超導(dǎo)體需要極低的環(huán)境才能實(shí)現(xiàn),這使得它們的實(shí)際應(yīng)用受到嚴(yán)格限制,這些應(yīng)用主要集中在能源密集型領(lǐng)域。如果能在室溫條件下實(shí)現(xiàn)超導(dǎo)性,輸電和配電系統(tǒng)將因?yàn)閹缀鯙榱愕碾娮瓒辉斐扇魏文芰康膿p失。
量子計(jì)算機(jī)則將成為室溫超導(dǎo)的直接受益者。有了室溫超導(dǎo),量子計(jì)算機(jī)將變得更加實(shí)用和容易獲得。目前,大多數(shù)量子計(jì)算機(jī)都在接近絕對零度的超低溫條件下運(yùn)行,以盡量減少噪音。這種對極端冷卻的要求不僅在技術(shù)上具有挑戰(zhàn)性且成本高昂,而且還限制了量子計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的可拓展性。室溫超導(dǎo)具有在環(huán)境溫度下零電阻導(dǎo)電的能力, 可以為量子比特提供一個穩(wěn)定和可控的環(huán)境,而不需要復(fù)雜的冷卻系統(tǒng)。
該韓國科學(xué)家團(tuán)隊(duì)也在論文中指出,其發(fā)現(xiàn)可能會對廣泛的技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響,包括磁鐵、電機(jī)、電纜、磁懸浮列車、量子計(jì)算機(jī)等。
了制造這種名為 LK-99 的新材料,該韓國研究團(tuán)隊(duì)將幾種含有鉛、氧、硫和磷的粉末狀化合物混合在一起,然后在高溫下加熱數(shù)小時,粉末發(fā)生化學(xué)反應(yīng),得到一種摻雜銅的鉛-磷灰石晶體。
據(jù)悉,該團(tuán)隊(duì)的研究人員包括量子能源研究中心CEO Sukbae Lee,長期從事高溫超導(dǎo)方向的物理研究;量子能源研究中心研究員Ji-Hoon Kim,主要負(fù)責(zé)樣品合成工作;以及韓國高麗大學(xué)教授Young-Wan Kwon,專注于凝聚態(tài)物理、先進(jìn)材料等領(lǐng)域的研究。
隨后,研究人員測量了毫米大小的LK-99樣品在不同溫度環(huán)境下對電流通過的阻力,發(fā)現(xiàn)其所謂的電阻率從105℃時的較大正值急劇下降到30℃時的幾乎零電阻。
研究小組記錄了LK-99的臨界溫度(Tc)、零電阻率、臨界電流(Ic)、臨界磁場(Hc)和邁斯納效應(yīng)(超導(dǎo)體從一般狀態(tài)相變至超導(dǎo)態(tài)的過程中對磁場的排斥現(xiàn)象)。該韓國研究團(tuán)隊(duì)在論文中稱,其發(fā)現(xiàn)的LK-99的臨界溫度為127°C,這意味著這種材料可以很容易在地球上的所有環(huán)境中使用。各種效應(yīng)使得該研究小組確信LK-99確實(shí)是一種超導(dǎo)體。
超導(dǎo)體沒有電阻的原因在于內(nèi)部電子的活動。當(dāng)某特定材料實(shí)現(xiàn)超導(dǎo)時,其中的電子會克服排斥力并配對,在不損失能量的情況下自由流動。該韓國團(tuán)隊(duì)認(rèn)為,LK-99中之所以會出現(xiàn)這種超導(dǎo)情況,是由微小的體積收縮(0.48%)導(dǎo)致的結(jié)構(gòu)形變引起的。
雖然該韓國科學(xué)家團(tuán)隊(duì)對室溫超導(dǎo)材料的發(fā)現(xiàn)令外界非常興奮,但謹(jǐn)慎對待類似的研究同樣也很重要。
業(yè)內(nèi)分析指出,在科學(xué)上被廣泛接受和認(rèn)可前,還需要同行進(jìn)一步嚴(yán)格和獨(dú)立的嚴(yán)重。此外,科學(xué)界還必須重復(fù)復(fù)現(xiàn),以確認(rèn)這一發(fā)現(xiàn)的可重復(fù)性和可靠性。
此外,研究人員還需要進(jìn)行廣泛的研究,以了解LK-99室溫超導(dǎo)性背后的基本機(jī)制。探索LK-99潛在的限制和挑戰(zhàn),例如超導(dǎo)狀態(tài)的穩(wěn)定性和壽命,對于評估材料的實(shí)際適用性至關(guān)重要。最后,來自該領(lǐng)域?qū)<业耐性u議和審查也將有助于復(fù)現(xiàn)上述韓國研究團(tuán)隊(duì)的助長。
該韓國研究團(tuán)隊(duì)表示,他們理解外界對其研究成果的質(zhì)疑,也支持任何想自行制備并測試LK-99超導(dǎo)性的人。與此同時,該團(tuán)隊(duì)將繼續(xù)努力完善他們的超導(dǎo)樣品,并朝著大規(guī)模生產(chǎn)的方向邁進(jìn)。