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为什么大部分专家不认为室温超导材料lk-99能成功?基于超导背景及实验结论详析

2023-08-06 00:02 作者:叫不知道先生  | 我要投稿

1.超导体历史背景

      超导的发现是20世纪最伟大的科学发现之一。1911年,荷兰物理学家海克·开默林一昂内斯发现,把汞冷却到零下269°C时电阻会突然消失,电子会在其中无阻碍地运动。后来,他又注意到许多金属和合金都具有与汞相类似的特性,他将这种特殊的导电性能称为「超导态」,并将使导体进入超导态的温度称为[超导临界温度」。开默林昂内斯也因液氦的制备和超导现象的发现,获得了1913年诺贝尔物理学奖。 2超导体理论

      默林一昂内斯发现超导现象之后的40多年,科学家们逐渐发现了更多的超导材料,也陆续提出了几种超导理论。其中,巴丁、库珀和施里弗在 1957年提出的 BCS理论可谓「集大成者」,能够解释当时发现的几乎全部超导现象。该理论指出,尽管电子通常是相互排斥的,但自旋相反的电子可以形成库珀对,而库珀对是玻色子,在一定温度下(即超导临界温度)就出现玻色凝聚,从而形成超导。 3.室温超导体的研究

     超导研究的历史虽然只有112年,但通过超导研究直接获得诺贝尔奖的科学家迄今已有10位。超导研究是物理学中一个很小的分支领域,却诞生了这么多诺奖,可见它非常重要。        美中不足的是,之前所有超导体均需要在极低的冷却温度环境下才能工作,这大大限制了它作为一项利基技术进行大范围应用      科学家麦克米兰根据获 1972年诺贝尔奖的 BCS理论计算,认为超导临界温度最高不太可能超过40K(约-233摄氏度),他的推算得到了国际学术界的普遍认同,40K因此被称为「麦克米兰极限」,成为超导材料要跨越的一个标志性温度。     1987年,中国科学家赵忠贤研究团队和美国朱经武、吴茂昆团队各自独立在钇钡铜氧系材料中发现超导电性,并把超导临界温度从0K迅速提升到93.2K,大大突破了麦克米兰极限,铜氧化物成为第一个真正意义上的高温超导家族,而赵忠贤等人的发现,也使得超导体所必须的低温环境,可由原本昂贵的液氦替代为便宜而好用的液氮来创造,液氮温区超导体为超导材料实用化打开了大门。    4.为什么科学家不在信任这次室温超导体的研究结果

     自从发现高温超导体以来,已有几种材料被报道为室温超导体,但尽管这些报道中的大多数尚未得到证实。      2003 年,一组研究人员发表了氢化钯 的高温超导性结果;2012 年,一篇 文章声称在高达 300 K 及以上的温度下用纯水处理后的石墨粉具有超导行为;2018 年,印度科学研究所固声称在环境压力和室温下观察到由银颗粒组成的纳米结构材料的薄膜和颗粒的超导性 ;2020年迪亚斯团队声称发现了一种金属氧化物在15摄氏度下具有超导性,但这些均未被科学界认可。因此科学家们对发现室温超导体持一种狼来了的态度。        lk-99材料为什么不被人相信? 还因为它太简单了,仅仅是一种铜掺杂铅磷灰石的晶体材料。       我们知道超导体具有特性零电阻 抗磁性和超导热力学效应,其中零电阻和抗磁性最为重要。 但是lk-99从电阻、磁化和所谓的磁悬浮,都不足以说明它是超导现象。 虽然中科大在华科博士后团队和中科大材料博士团队更新上传了一段成功复现LK-99的视频,得出的初步结论一致:抗磁+半悬浮 但他们均未能证明材料的零电阻特性。      8月3日东南大学物理学院(b站科学调查局)做了6片LK-99,具有和韩国样品的一致性。然后在其中一片上观测到110K时的0电阻特性,但目前没有观测到完全抗磁性。而且对于零电阻观测实验的具体方法和得到的结论具有很大的争议,lk-99的零电阻特性并不被认可     虽然lk-99可能存在抗磁性,但抗磁不等于超导,海姆教授团队曾成功进行了用16T电场托举青蛙的实验。其中的青蛙只是抗磁质而并非超导体。所以将仅仅通过抗磁就于超导联系起来是不科学的。

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