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韩国科学家宣布发现“室温超导体”引发全球轰动科学界普遍持怀疑态度

来源:爱游戏平台下载    发布时间:2024-07-12 05:32:38

  如果说谣言有翅膀,那么突破性的科学发现就有喷气式发动机。在预印本论文平台出现几个小时后,韩国一组科学家的两篇论文就引起了巨大的轰动。研究人员的非凡之处在于,他们发现了一种室温常压超导体,这样一种材料在日常条件下也能完美导电。如果被证实,这将是近几十年来最大的物理学突破之一。

  真正的室温超导体常常被吹捧为具有开创新一代技术革命的潜力。它能轻松实现完美高效的电网、磁悬浮列车、商业上可行的聚变反应堆——典型的例子不胜枚举。作者写道,他们的发现“将是开启人类新时代的全新历史事件”。但他们的实验还没有正真获得科学界的严格审查,而对超导体突破性进展的探索也有很长一段以失败告终的历史。

  当电子流过标准的导电材料,比如铝线时,它们的行为就像碰碰车一样,被原子反弹。所有这些反弹产生了阻力,减少了电流。但是,如果铝丝被冷却到绝对零度以上大约1开尔文,奇怪的事情就会发生:交通规则发生了变化,电子成对地结合在一起,在铝原子之间无摩擦地滑动,没有一点阻力。

  1987年,研究人员发现了第一个“高温”超导体——只需要冷却到77开尔文(-196.15摄氏度)的材料,通过廉价和充足的液氮很容易达到这个温度。这些材料在字面上和现实中都是令人神往的,激发了科学家和公众对高温超导可能性的热情。但随着进展缓慢,大部分热情消退了,“高温”超导体仍然停留在很低的低温下,而且仍然非常脆弱。

  在过去的十年里,研究人员一直在寻找一种有趣的替代方法:他们发现氢基化合物在相对温暖的温度下是超导体——但只有在压缩到超过一百万大气压的压力下。维持如此高的压力甚至比维持超低温更不切实际。

  长期以来,室温超导体一直是凝聚态物理学中最神圣的圣杯。室温超导体不能仅仅在室温下无电阻地传输电流。它还必须在环境压力下进行,以便在实验室之外有实际应用——比如悬浮列车、高效输电线或更便宜的核磁共振成像仪。

  因此,当一篇题为“第一个室温常压超导体”的论文本周早些时候出现在arXiv预印本服务器上时,引发了全球物理学家们极大的兴趣——尽管考虑到最近对该领域的撤稿和科学不端行为的指控,物理学家们也持怀疑态度。

  在论文中,韩国首尔量子能量研究中心(Q-Centre)的材料科学家李硕培和金智勋与高丽大学的权永万一起报告说,在日常条件下,一种改性形式的铅-磷灰石矿物表现出超导性的迹象。这些迹象包括最重要的无电阻电流;通过迈斯纳效应将磁场从材料中驱逐出去;还有低于一个临界温度和临界磁场,超导跃迁就会发生。

  在他们新的预印本论文中,研究人员说LK-99(显然是以他们自己的首字母缩写和他们首次合成它的年份命名的)是一种铅、铜、磷和氧的化合物,在温度不高于400开尔文(126.85℃)和环境压力下是超导体。论文中还包括制作葡萄干大小的化合物颗粒的详细配方,这需要混合精确比例的粉末成分,然后在高温下烘烤混合物。

  作者还报告了对LK-99的测试,并表示他们发现电阻率在378开尔文(104.85℃)左右急剧下降,然后在333开尔文(59.85℃)左右接近零。

  尽管零电阻是超导的标志,但要确认真正的超导体还需要其他测试。其中一个测试就是迈斯纳效应:因为超导体排斥磁场,它会排斥其他磁体,产生一种标志性的悬浮效应。韩国研究人员提供了一段视频,他们说LK-99展示了迈斯纳效应,但超导体并不是唯一能漂浮在磁铁上的东西——例如石墨也会悬浮。

  7月25日发布的一段视频显示,李硕培和金智勋将这种称为LK-99的材料悬浮在一块磁铁上。这个简单的迈斯纳效应演示是本科物理实验的主要内容——只是在这种情况下,无需使用在传统的低温超导体中产生超导性所需的液氮。

  长期以来,那些没有经受住同行审查的非凡发现一直困扰着超导领域。1987年,在一种名为YBCO的化合物被发现是一种高温超导体之后,一些研究人员认为他们看到了这种化合物在室温下产生超导性的迹象——但仔仔细细地观察就发现这些迹象消失了。曾经有希望的失败案例不胜枚举:铝和碳的三明治、氯化铜、氨基化合物等等,这些都是最终被证明是虚幻的室温超导体。

  罗切斯特大学的物理学家兰加·迪亚斯最近对室温超导体提出了多项主张。但是撤稿和对科学不端行为的指控损害了这些发现的可信度。

  这些论文在arXiv上发表几天后,该领域的专家们敦促谨慎行事。美国马里兰大学的物理学家理查德·格林从20世纪70年代就开始研究超导材料,他观察到,虽然迈斯纳效应的视频乍一看“令人印象非常深刻”,但超导并不是唯一能导致物体磁悬浮的现象。他说:“如果你仔仔细细地观察,你会发现(悬浮的)样品2在正常状态下具有很大的抗磁性。”“所以它可以悬浮起来,因为它是一种抗磁性材料。”

  事实上,在旨在展示LK-99悬浮迈斯纳效应的视频中,所谓的超导体从未完全脱离磁铁。

  所有这一切都意味着,对于室温超导的新发现,尤其是那些尚未经过同行评审的论文,强烈的怀疑是默认的。在这次最新事件中,韩国人的预印本论文中的几个细节引起了人们的关注。佛罗里达大学的物理学家詹姆斯·哈姆林在测量LK-99的磁性时指出了一些奇怪的现象,这让他犹豫了一下。他说:“这看起来不太符合我测量这些特性的经验。”

  莱斯大学物理学家道格·纳特森在接受媒体采访时说,他在翻阅预印本论文时,不由自主地发现了一些更奇怪的东西。两篇论文都包括详细描述LK-99磁性质的数据图。两幅图都来自同一数据集,因此应该是相同的——但是其中一篇论文的图的y轴比另一篇论文的大7000倍。这种不一致并不能证明什么,但至少表明校对方面存在令人担忧的不足。

  想要知道LK-99到底发生了什么,需要耐心,因为有很多独立团队都在努力复刻韩国团队的工作。由于LK-99的合成方法很简单,结果可能会在未来几天或几周内出来。纳特森很感兴趣,但他并没有抱有很大期望。他说:“人们看到一些奇怪的东西,但最终没有成功,这并不罕见。”

  由于科学界对LK-99的研究投入了如此多的精力,揭开LK-99之谜及其可能的室温常压超导性的谜题应该很快就会揭晓。

  英国布里斯托尔大学的超导研究人员奈杰尔·赫西告诉媒体:“我认为我们最好等一等,看看这样一种材料和论文中包含的结果是否会被世界上的另一个团队复刻。”“如果是这样,那么当然,这将是一个轰动性的突破。不过,就目前而言,还只是哗众取宠。”

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