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“复制热潮”尚无法证明室温超导突破

2023年08月09日 09:11:26 来源:科技日报 作者:张佳欣

超导体的特征之一是迈斯纳效应,当超导体放置在磁铁上方时,它会悬浮起来。
图片来源:《新科学家》网站
在视频演示中,LK-99圆盘的一个边缘上升,但另一边缘似乎与磁铁保持接触。
图片来源:LK-99研究团队金贤德等人

  本报记者 张佳欣

  7月22日,一个韩国研究团队在预印本网站arXiv上提交论文,声称合成了世界上第一种在室温和环境压力下完美导电的材料——LK-99。

  一石激起千层浪。来自世界各地的科学家和业余爱好者争先恐后地复制这项实验。时至今日,关于室温超导的“子弹”已经飞了两周。网络热议余温犹在,而物理学家敦促人们保持谨慎,各种复制实验也证实,LK-99在室温下实际上并不具有超导性。但究竟是什么让人如此兴奋?

  室温超导意义重大

  使用室温超导材料,可消除发电和输电造成的能量损失,从而削减成本并减少排放;风能和太阳能可无限期储存;笔记本电脑、手机、电动汽车的电池寿命可延长;更诱人的是,核聚变这种长期难以捉摸的无碳能源,可能开始在商业上变得可行,因为室温超导体可实现更小、成本更低的反应堆设计。

  此外,在超导轨道上滑行的悬浮列车可能会变得司空见惯;医学成像设备可能会变得更小巧、更便宜、更精确;由于准确性和性能的提高,拥有更多量子位的量子计算机可能会变得更加可行……事实上,几乎所有依赖电磁过程的技术都可被改造。

  韩实验证据尚不足

  韩国研究人员提出了LK-99如何表现出室温超导性的合理理论,但尚未提供明确的实验证据。论文中提供的数据似乎没有结论。

  超导体的特征之一是迈斯纳效应,当超导体放置在磁铁上方时,它会悬浮起来。在视频演示中,LK-99圆盘的一个边缘上升,但另一边缘似乎与磁铁保持接触。

  真正的超导体能表现出完全悬浮和“量子锁定”,使其相对于磁铁保持在固定位置。研究人员解释说,视频中看到的行为可能是由于样本的缺陷造成的,这意味着样本中只有一部分变得超导。

  澳大利亚《对话》杂志援引昆士兰科技大学材料科学高级研究员马赫布贝·沙巴齐的话称,现在就说“我们已经获得了室温超导的令人信服的证据”还为时过早。

  韩国超导与低温学会为此成立了“LK-99”验证委员会。8月3日,该协会得出结论,LK-99是超导体的证据尚不足,因为它没有呈现出迈斯纳效应。

  复制结果不尽如人意

  据《自然》杂志报道,7月31日,印度国家物理实验室和北京航空航天大学的团队进行了两项独立实验,并在预印本网站上报告合成了LK-99,但均没有观察到超导迹象。东南大学研究人员进行的实验没有发现迈斯纳效应,但在-163℃下测得LK-99的电阻接近于零,该温度远低于室温,但对于超导体来说却很高。

  科学家质疑,无法知道这些团队正在分析的材料是否与韩国团队创建的材料相同,同时,也无法独立验证他们对LK-99的分析。

  8月1日,华中科技大学发布了一段视频,展示了LK-99悬浮样本,迅速在社交媒体上传开。美国《时代》周刊报道称,观察到的悬浮并不一定意味着该材料是超导体。因为有许多材料表现出很强的抗磁性,这很难与完全抗磁性(即迈纳斯效应)区分开来。

  8月8日,北京大学量子材料科学中心提交到预印本网站的一篇论文认为,其团队尝试合成的LK-99样品不具超导性。美国马里兰大学凝聚态理论中心也在社交媒体表态,“我们现在相信游戏已经结束了。LK-99不是超导体,即使在室温(或非常低的温度)下也是如此。它是一种电阻非常高的劣质材料”。

  德国柏林洪堡大学凝聚态物理学教授何塞·马里亚·皮萨罗表示,种种计算表明,模拟的LK-99具有一些令人惊讶且有前景的电子特性,但仍然缺乏更明确证明超导性的计算。

  理论学家也加入了争论。7月31日,美国劳伦斯伯克利国家实验室的西妮德·格里芬发文表示,其使用了密度泛函理论计算发现LK-99存在平坦能带,说明LK99在理论层面可能具有超导性。这引发了一波公众的乐观情绪。然而,格里芬马上又在社交媒体自我反驳道:“我的文章没有证明也没有提供超导性的证据。”

  新研究仍可能带来进步

  美国加州大学戴维斯分校的凝聚态实验专家因娜·维希克指出,基本上每年都会有关于发现新“不明超导体”的实验出现,超导技术的进步经常因其对计算机芯片和磁悬浮列车等技术的潜在影响而受到追捧,但这种兴奋可能是不必要的。从历史上看,超导的进步给基础科学带来了巨大的好处,但在日常应用方面却很少。维希克说,不能保证室温超导体会有实际用途。

  但这并不能阻挡科学家追求室温超导材料的步伐。迄今发现并确认的每一种超导体都只能在超低温和超高压的极端条件下工作,这使得它们在大多数应用中都不切实际。如果找到一种能在更自然的环境中工作的超导体,就能改变用电技术,使电网更环保,使核聚变更经济可行,也难怪一个在室温、常压下的小小悬浮物会引起广泛关注。

  《新科学家》刊文表示,在超导体的发展史上,经不起进一步推敲的研究比比皆是,因此持怀疑态度也是合理的。随着全球研究人员争先恐后地试图复制这些实验,这股热潮可能正是寻找真正的新型超导体所需要的。

[编辑: 王姝]
(本文来源:科技日报)
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