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韩国发现“室温超导体”将掀起第四次工业革命?是突破还是乌龙?

2023-07-31 17:13 作者:bili_66581438225  | 我要投稿

7月29日,词条“室温超导”冲至微博热搜榜第10位,再度引起广泛热议。韩国一个科学家团队在预印本网站arXiv上发布了两篇论文,声称发现了全球首个室温常压超导材料——改性铅磷灰石晶体结构(LK-99),临界温度为127℃。该团队兴奋地指出,“所有证据都可以证明,LK-99是世界首个室温常压超导体。LK-99的诞生意味着室温超导领域的重大突破,开启了一个全新的历史时代。”


超导即超级导电,这一现象是指电流可以在材料中零电阻通过,且具有完全抗磁性。超导体又称超导材料,指在特定温度下电阻为零的导体,拥有零电阻、完全抗磁性等特征,广泛应用于储能、磁悬浮列车、电力输送、核磁共振等领域。室温超导,即在常温条件下实现的超导现象。按照凝聚态物理学标准,室温指300K(27℃)。日常所说的室温,范围则相对较广。 此前的超导材料,均需要在较低温度下才能进入超导状态。

超导即超级导电,这一现象是指电流可以在材料中零电阻通过,且具有完全抗磁性。超导体又称超导材料,指在特定温度下电阻为零的导体,拥有零电阻、完全抗磁性等特征,广泛应用于储能、磁悬浮列车、电力输送、核磁共振等领域。室温超导,即在常温条件下实现的超导现象。按照凝聚态物理学标准,室温指300K(27℃)。日常所说的室温,范围则相对较广。 此前的超导材料,均需要在较低温度下才能进入超导状态。

这次韩国团队这个研究,之所以引发如此广泛关注,是因为常温常压超导,而且制备简单,可以大规模工业化,就意味着生产成本并不高。话不多说,我们来看一下图文概览:

图1 (a)不同温度下的测量电压与施加电流,(b)零电阻率(c)不同外加磁场下的测量电压与施加电流的关系(Oe), (d) 10 Oe磁场下场冷和零场冷的直流磁化强度;(e)临界电流与临界温度,(f)临界电流与临界磁场


图2 LK-99的XRD结果与COD匹配,原始XRD数据仅为k α2剥离无需任何其他处理


图3 (a) VESTA软件生成的Lead Apatite和LK-99的c轴俯视图(28);(b)合成的LK-99, (c)计算得到的柱状柱Pb(1)的电子密度图不同管材(Cu管和石英管)合成的铅磷灰石与LK-99的界面,(d)由VESTA软件生成的圆柱柱受力界面俯视图,(e)为柱状柱(28)的侧视图和预测的超导量子阱,(f) EPR3.43 K ~ 295 K时LK-99的EPR信号,(g)电流-电压后LK-99的EPR信号测量


图4 (a)由热容数据计算的德拜温度,(b)的热容曲线路- 99

摘自论文:1、作者报道合成了一种新的超导体材料LK-99,它可以在室温(400K)和常压条件下实现超导。2、LK-99的成分为Pb10-xCux(PO4)6O (x=0.9-1),是在铅磷酸盐基础上部分替换Pb2+为Cu2+制得。3、通过电阻率、零电阻、临界电流、磁化等测量,证明了LK-99的超导性能。4、Cu2+的置换使LK-99比原铅磷酸盐体积收缩0.48%,这会使Pb1位置发生细微变形,在其与磷酸根界面形成超导量子阱。5、量子阱可使电子发生隧穿效应,解释了LK-99的室温超导性。其EPR谱也支持了量子阱的存在。6、LK-99的比热不遵循简单的德拜模型,与其结构扭曲变形吻合。7、LK-99具有独特的结构,可在室温下维持扭曲变形,因此实现了室温超导。

然而,这一惊人的发现并没有得到同行的认可和支持,反而引发了广泛的质疑和争议。许多专家指出,韩国团队提供的数据和证据不足以证明LK-99是真正的超导材料,而且存在许多缺陷和疑点。例如:电阻测量数据不清楚,没有显示零电阻状态;磁化测量数据不典型,没有显示完全抗磁性;磁悬浮视频不稳定,没有显示迈斯纳效应;实验方法不规范,没有使用标准的四探针法;实验结果不可重复,没有使用多个样品进行验证;论文发表不正规,没有经过同行评审和权威期刊。更有甚者,韩国团队内部还出现了分歧和内讧。其中一位作者表示,第一篇论文存在“许多缺陷”,并且未经他的允许就被上传了。另一位作者则表示,他们理解外界对其研究成果的质疑,也支持任何想自行制备并测试LK-99超导性的人。

们还是先来看看我国的专业科学家是怎么评判的吧。

1、南京大学物理学院教授闻海虎:“我们仔细分析了他们的数据,从三个方面——电阻、磁化和所谓的磁悬浮,都不足以说明它是超导现象。我们判断极有可能是个假象。”

2、上海市超导材料及系统工程研究中心主任、超导应用研究专家洪智勇:近期韩国研究团队公布的超导体极大概率不是室温超导。根据现有情况来看,他们团队的测试手段不正规,数据呈现形式和严谨程度都很粗糙,和国际标准的验证超导性能的测试方法有很大差距;只是在铅磷灰石化合物中发现了一定的导电性和弱抗磁性,但这还不能证明样品是超导体或者含有超导成分。
目前,按照领域内的说法,鉴于上述新材料制备简单,或许已有大批重复工作已在路上。全世界已经有很多研究组在快马加鞭地重复实验,以验证韩国团队的宣称。预计马上就会有初步的结果公布。如果是真的,超导领域将会天翻地覆;毫不夸张地说,这一次将直接开启人类第四次科技和工业革命,人类工业体系将被全部重塑,什么人工智能、量子技术,通通靠边站!如果是假的,这个闷热的夏季就又多了一件吃瓜的乐事。

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