室温超导真要来了?一文读懂来龙去脉

2023-11-21 17:20

本文主要是介绍室温超导真要来了?一文读懂来龙去脉,希望对大家解决编程问题提供一定的参考价值,需要的开发者们随着小编来一起学习吧!

昨天你在 B 站看到这个视频了吗?

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好家伙,晚上我下班之后刷朋友圈,手往下一划拉,每划拉一下就至少有一两个人分享这个视频,还有分享其他的关于“超导材料”文章链接的,让歪师傅实在没把持住,当即就在下班的路上看了一下这个 LK-99 是个什么玩意。

近日,韩国学者Sukbae Lee、Ji-Hoon Kim、Young-Wan Kwon发布论文(另有同篇论文但不同作者),声称发现了世界首个常温常压超导体“LK-99”,消息瞬间引爆全球。

根据论文的描述,LK-99具有以下特征:

  1. 室温、常压下的超导性质,证明了LK-99是一种室温超导体。

  2. 具有超导量子阱的特性。

  3. 具有零电阻、临界电流、临界磁场和迈斯纳效应等超导性质。

  4. 具有可控的悬浮现象、磁性与超导性共存的特点。 

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图:Lee等人合成的LK-99

首先来解释一下概念。什么是超导体?

超导体(Superconductor),指可以在特定温度以下,呈现电阻为零的导体。零电阻和完全抗磁性是超导体的两个重要特性。科学家一直在寻求提高超导材料的临界温度,目前高温超导体的最高温度记录是马克普朗克研究所的203K(-70°C)。因为零电阻特性,超导材料在生成强磁场方面有许多应用,如MRI核磁共振成像等。——维基百科

超导体在某些低温环境下电阻会突然消失,被称作零电阻性。导体一旦没有电阻,电流流经导体时就不会发生热量损耗,将会极大地提升运输效率。

新发现的LK-99声称在常温常压的环境下也可以成为超导体,如果这是真的,将会对人类的生活产生巨大的影响。具体可能的应用,如:

  • 用于电力输送系统,降低能源传输中的损耗和能源浪费,提高电网的效率和稳定性;

  • 磁悬浮列车和磁力驱动船只,提高交通运输的速度和能效,减少能源消耗和环境污染;

  • 用于制造高性能计算机和通信设备,提高处理速度和能效,常用的数码产品性能可以迎来翻天覆地的提升;

  • ……

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图由 DALL·E 生成: future world enabled by superconductors, with maglev trains passing through a futuristic city

在这个引人注目的科学突破的背后,全球科学家们都在迫切期待对这一发现进行复现实验和深入研究。由于制作LK-99所需的是铜、磷等常见材料,不少的实验室已经迫不及待地尝试复现论文中的结果,并取得成效。

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概念提出,天翻地覆

  • 7月22日下午3:51,开篇提及的韩国团队发布论文,声称发现了世界首个常温常压超导体“LK-99”。

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实验尝试,尚未成功

  • 7月31日中午12:41,印度科学与工业研究理事会-印度国家物理实验室发布论文,没有观察到悬浮或抗磁性,可能是由于有铜掺杂。但通过X射线衍射(PXRD)证实了结构。

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  • 7月31日中午12:42,东南大学孙悦教授在Bilibili频道“科学调查局”发布视频,未观察到反磁性或磁悬浮。

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  • 7月31日下午4:13,北航学者们发布论文,发表类似印度实验室的结果,没有观察到悬浮或抗磁性,生成物表现出类似半导体的行为。

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理论证实,静待复现
  • 7月29日凌晨2:04,中国科学院沈阳所发布论文,通过密度泛函理论,分析了韩国原论文提出的Pb₁₀(PO₄)₆O,验证了费米面上的平坦带存在,以及它们与观察到的超导性的关系。

  • 7月31日傍晚5:58,美国劳伦斯伯克利国家实验室的Sinéad M. Griffin发布论文,通过与中国科学院沈阳所稍不同的方法,分析变体Pb₁₀(PO₄)₆(OH)₂,证实了LK-99常温常压超导的理论可能性。

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眼见为实:它飘起来了

  • 8月1日下午3:08,Bilibili的Up主“关山口男子技师”发布视频“LK-99验证”。视频中,通过转换磁铁的位置和方向,我们可以清晰地看到一个黑灰色小块受到磁力影响转换方向,时而站立时而躺下,证明LK-99是具有抗磁性的。视频简介中写道:“华中科技大学材料学院博士后武浩、博士生杨丽,在常海欣教授的指导下,成功首次验证合成了可以磁悬浮的LK-99晶体,该晶体悬浮的角度比Sukbae Lee等人获得的样品磁悬浮角度更大,有望实现真正意义的无接触超导磁悬浮。”但由于当前样品尺寸较小(仅几十微米),团队将继续制作新样品以测量电阻。

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  • 8月1日晚上8:19,知乎用户「半导体与物理」更新了自己小组进行的实验结果。在视频中,通过移动下面的磁铁,上方的金属块同样出现了抗磁和半悬浮的现象。

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  • 此前也有传闻,中国科学院物理所已经复现了LK-99,确定磁化率与韩国团队发布的文章一致,但被官方辟谣,让以公开发表的论文为准。

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结语

今年三月,美国罗切斯特大学兰迪·迪亚斯团队发表论文声称发现了常温超导材料,后因数据丢失而被质疑其真实性,项目不了了之。

常温超导是无数物理学家努力攻克的难题,它实现不仅需要深厚的物理学、化学等学科知识,还需要跨学科的合作和开创性的技术创新。

这次韩国学者们的研究,以及中国和其他学者们的努力论证,进展极快,甚至以分钟来计算新的发现。

苹果公司分析师郭明錤甚至在 Twitter 上发文表示,“室温常压超导体目前还没有商业化的时间表,但如果未来能够成功商业化,将对计算机和消费电子领域的产品设计产生革命性的影响......使得即使是像 iPhone 这样小的移动设备也可以拥有堪比量子计算机的计算能力。

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常温超导材料能否像计算机一样改写人类命运,让我们拭目以待。

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