这几年出现了多起诗文抄稿的事件。但是今年美国路西斯特大学公布了第二次团队发现所谓的斯文超导的几项研究的相关调查结果,认为业界对这个地下室的16项学术不端的指控均是成立的。换句话说,斯文骚扰他可能还是个烟雾弹。那么既然斯温超导目前并不存在,那斯温超导未来是否还值得期待呢?
1.室温超导的定义与挑战 - 解释室温超导的概念及其在实际操作中的困难。
今天我们一起聊一聊如何实现史文超的。我们先从网上一个著名的段子说起,就是把大象放进冰箱总共分几步?答案分三步对吧?我们把冰箱门打开,把大象放进去,把冰箱门关上。
类似我们也同样可以问实现室温超导总共分几步?答案也是三步。首先你要合成一个材料,在室温下你去测它的电阻是0,然后再去测它的化率是负的。看似性就可以证明它是一个室温超导体了。
这个理论上看似非常简洁的步骤,在实操起来其实非常之困难。我们先倒着来,我们先看第三步,抗磁性就是材料对外界磁场是负的效应,也就是说产生一个跟外磁场方向相反的磁化强度,磁化率是负值。如何证明一个材料它具有抗磁性呢?听起来很简单对不对?你把它扔到一个强磁铁上面,它可能就会悬浮起来呗,对吧?这难道就是超导磁悬浮吗?并非如此,诺贝奖获得者安德烈海姆,他就曾经把一个青蛙扔到了16到20特斯拉州的一个强市场里面。青蛙也富起来了对吧?
2.抗磁性的验证 - 讨论如何通过抗磁性测试来验证材料是否为超导体。
没错,我们生活里面常见这个水,它也有抗磁性。只要你的磁场足够的强,含水多的物体它都能悬浮。生活里面很多材料也都有抗蚀性,比如说金属铜银必肽等等,还有各类含有苯环的有机材料。比如说你抹了这个防晒霜,可能就是抗磁的。但是很遗憾,他们都不是使用超导体。
超导体的抗磁性非常之强强到可以达到抗时体积负百分之百。相比之下,其他材料里面抗蚀最强的就是这个热解石墨。抗湿体积它只有-0.04%,而水的抗湿体积不过是-10万分之1左右。所以如果你在室温下测不到接近负百分之百的抗磁性,我们就不能证明它处于室温超导体。
话说回来,超导磁悬浮可不是因为它的抗磁性,而是因为它具有另外一个独特的磁场效应,叫做磁通钉扎。也就是说我们的这个磁力线会进到这个操作体内部,会牢牢的锁住。一旦我们的磁动密度发生变化,超导体就尽可能的它想恢复原状。如果靠近磁铁,因为超导体就会对磁铁产生一个刺力,如果远离的话它就会产生一个吸力。所以超导磁悬浮它不仅可以在上面这样扶着,其实它还可以这样倒过来挂在磁体的下方,这可不是普通的抗磁悬浮能做到的。
3.电阻为零的测量 - 探讨如何准确测量材料的电阻以证明其超导性。
好了,我们再来看第二步,如何证明一个材料的电阻为零呢?你可能会想,这不简单,对吧?你直接把这个万用表两个电极往上面一戳,你看电阻系数不是为零吗?但是重点来了,万用表的电极跟材料的接触不良,会造成一个很大的接触电阻。所以无论你的材料的电阻有多小,表的次数都不会是零。
要测量一个电阻很小的材料的,必须采用四电极法才能避开接触电阻的影响。即使我们采用这个四电极法,而且用了比万用表更加精密的电流表、电压表等等,也未必能够确定材料电阻为零。万一就是它的电阻很小,小到了超出了仪器的精度,对吧?那是不是想象没有那么容易。事实上如果一个材料的电阻为零,那么无论你用如何精密的仪器去测量它,只要电流保持在一定的范围之下,注意就是第一超导体的临界电流,那么都得到这个直流电阻是为零。表现就是说我们仪器的读数总在最小精度左右,而且一会为正一会为负,因为我们的仪器它几乎就失灵了。
目前最好的实验精度告诉我们超导体的电阻率,它的上限在10的负24次方欧姆米,比导电最好的铜银金等还低了十几个数量级。而且这仅仅只是上线。如果我们把一个超导的圆环通上电流,假设它永远保持超导的状态,就会发现电流需要很长的时间才会衰减掉。计算得到这个时间甚至比我们宇宙的年龄还要长,所以超导体的电阻是绝对为零。
4.材料合成的难题 - 分析合成室温超导材料的当前挑战和未知因素。
好了,第三步和第二步,我们看似都解决了,对吧?第一步怎么办呢?很遗憾的是啊,估计咱们99.999%的人都卡在了第一步。因为至今为止我们并不清楚世文超陶它究竟是一个什么样的材料,就是材料的形态、组分、元素配比、晶体结构等等一概不知。我们能告诉你的是,目前人类发现了数十万种无机化物,其中大概有1到3万种都属于超导体。而绝大部分的超导临界温度都低于40K也就是大约零下233 10度以下。目前常压下最高的超导临界温度大概是是134K也就是零下139摄氏度左右。如果不考虑这个不靠谱的地下室的工作,极端高压下的超导临界温度的记录大概是260K也就是说零下13摄氏度左右。
那好吧,什么是室温超导体呢?室温超导体说的就是在室温下具有绝对零电阻和完全抗磁性的材料。那么在物理上来说,严格意义上说室温就是300K也就是26.85摄氏度。实际上比我们感受到了这个舒适的丝绒可能还略高一点点。第二次在2020年生成的碳硫氢化物里面的高压超导是288K在2023年生成的这个氯氢氮化合物里面的超导温度是294K距离真正的室温超导其实还差那么一点点。
5.历史上的乌龙事件 - 回顾过去关于室温超导的虚假声明及其失败原因。
历史上像地下室那样爆出室温超导那种惊天大挂的,实际上是层出不穷的,但是无一例外都经受不住以上三步的拷问。比如说他测量的电阻根本没有到0,它们的磁化率也没有到负的百分之百,化学成分也遮遮掩掩,他不敢公开,甚至数据都有可能是故意曲解甚至是捏造的,而且因为实验结果无法被其他的研究组独立复现,最终都鉴定为乌龙事件。
那时空沙岛还会有吗?如果要寻找时空沙岛可以从哪里入手呢?科学家在寻找室温超导体方面,当然还有一些可行的方案,比如说方案一,我们可以借助这个超高的压力,甚至是常压下没有办法得到的材料的一个新的结构。其中含氢较多的材料都有可能是市容超导体。那么这个思路从2015年到现在,都在不断的尝试,也确实找到了许多特别高温度的超导体,包括前面说的260K的超导体,燃青石,这是高压下导致这个测试非常的困难,这就让这个DS治疗钻了空子,不过这个希望的曙光还是在的。
然后方案二就是从现有的超导体的微观机制出发,研究哪些相互作用有助于提高超导温度。然后重新设计和构造新的材料,在多种相互作用的帮助下一起提高临界温度。这个麻烦就在于我们对绝大部分叫做非常规超体的材料的微观机制,我们并不了解。
6.未来寻找室温超导的方案 - 提出科学家在寻找室温超导体方面的几种可行方案。
当然还有方法三,我们可以跳出三维材料的思维框架,在二维材料里面或者二维界面里面去寻找复合材料结构下这种4公司超导对吧?或者是在重新的在一维的世界里面去主张原子积木,的确科学家在某两个材料的组合下发现了新的超导,或者提高了材料原本的超导温度,还发现了不少准一维的超导体,只是他们的临界温度还是太低了。方案四就是借助现在的AI的超强算力,通过各种已知的超导材料物性的庞大的数据库来开展训练。即使在超导记者我们不明的情况下,也可以帮助我们去预测新的超导体,甚至是这种超导体依赖于我们数据库的准确性和AI的可靠性。
目前科学家们的行动是刚刚开始,已经有一些进展。但是遗憾都不是私人造点。而方案五我们还有更激进的方案,比如说我们干脆就跳出地球,去太空冒险采矿,就像这个电影阿凡达里面描述的那样,或许星际旅行看起来距离我们太遥远,但是人类现在已经能够采取月球、火星、彗星、小行星上的这种各种样品,对吧?我们也在陨石里面发现过超导体,那谁知道?室温超导体或许就隐藏在距离我们不远的那个星球上面。怎么样?以上就是寻找室温超导体的真实的方案,你想不想试一试呢?
最近有科学报道称,实现了世界上首个有希望的高温差的二极管。那么究竟什么是二极管?为什么要用高温超导体来做二极管?它的出现为我们世界带来了什么样的变化呢?大家好,我是中国科学院物理研究所的研究员罗会仟。今天我们一起来聊一聊高温超导二极管的故事。
7.高温超导二极管的潜力 - 介绍高温超导二极管的概念及其在计算机技术中的应用前景。
说到二极管,大家心目中最先想到的就是半导体。的确现在计算机的核心就是它的半导体芯片。芯片的关键在于大规模的集成电路,集成电路里面最小的那个单元,它就叫做二极管。因为二极管它是电子公路的一个单行道。我们通过控制二极管的通或者不通,就能定义二进制里面的一和0。这是一切逻辑运算的基石。
半导体二极管为什么能够实现电子的单行道呢?因为它是有两种不同的半导体组合而成。一种它是带正电的空穴周围在流出的半导体,我们把它它叫做P型的半导体。另外一种是以带负电的电子作为载流子的半导体,我们把它叫做N型半导体。它们一起构成了这个结构,就叫做半导体的PN结。
我们给这个PN节加上一个正向的电压,那么空穴载流子和电子载流子它会同时的向节气移动,这意味着节气就越来越小,就实现了打通。如果加反向的电压的时候,你会发现空气载流子和电子载流子朝相反的方向移动,这样的结局就会越来越大,那么电流就不打通了。所以二极管最大的特点就是它只允许载流子单向的导通。它就像一个小小的开关一样,一旦电压反向开关它就自动断开。
当然集中电路里面的二极管已经没有办法用肉眼直接看清楚。如果你家里还有半导体收音机,你可以打开看到里面的电路板,上面可能还插着这个二极管。只是半导体二极管,虽然是很方便,但它毕竟是半导体,那么有很大的电阻。所以即使在导通的过程中,它也要面临发热等能量耗散的问题。那么这个时候,你可能就要关心你电脑的CPU温度,是不是温度太高了你电脑就变慢了,是不是?
那有没有办法尽可能的降低计算机的能耗问题呢?其中一个可能的答案就是用超导体来做计算机。注意,这里说的超导计算机不是大家常说的超导量子计算机,而是和半导体计算机类似的,基于数字逻辑电路的一个超导的计算机。那么以超导计算机、超导集成电路等为目标的技术,我们把它叫做超导电子学,其中它的基石就是超导二极管。
超导体,它是在特定的温度下,它的电阻会降为零,这个低温既是它的应用的劣势,可能也是它的优势。因为你在足够低的温度下,能量耗散就会大幅度降低,这个电子的器件稳定性会大幅的提升,而且零电阻就意味着不发热,是不是就可以完美把电脑这个CPU探索的问题就解决了,对不对?这个超导体电阻为零,你把梁上你拼在一块儿,那不就短路了吗?电流都畅通无阻了,还谈什么二极管,对吧?别急,科学家们还是有办法的。
为了说清楚超导二极管的原理,我们先来讲一个超导体的特殊效应,约瑟夫森效应。约瑟夫森是一位英国的科学家,在他二十几岁还在读研究生的时候,他就提出了超导体的隧道效应。你把两个超导体拼在一起,中间隔一个很薄的绝缘层或者金属加深,在不加电压的情况下,你就会发现这个结构,它存在的隧道电流电子从一块槽体跑到另外一个槽体里面去了。如果你加上电压,你会发现隧道电流甚至还存在一个这种强度的调制,类似于这个光的弗兰克费干涉一样。也就电流大小,它随着电压的震荡起来了,而且这个震荡对外磁场的响应是非常的敏感。
确切来说,超导隧道效应是超导体内部库柏电子对相位干涉造成的结果。承载烧导体的电流,它就是一对对的电子,我们把它叫库柏顿。对于同一块超导体来讲,它所有的库柏对的相位它都是一样的,它们以相同的节奏在运动。但是它一旦碎伤到了另外一个超导体,就会用到另外一群相位不一样的库珀队。那么两者之间就发生了群殴的效应,在相位干涉下就形成了强弱变化的隧道电流。那么早在2007年,科学家就从理论上提出了利用约束馥生效应来构造超导二极管的方案。
超导体也同样具有空穴型和电子型两类,你把它们拼在一起,也能构成类似于偏咸竭的这种结构。当电流正常传导的时候,它是表现出没有损耗的超导电流,也就是说没有电阻。当电流反向传导的时候,它就表现出有耗散的普通电流,也就是说存在电阻。
那么超导二极管还可以细分成两类,一类是需要依赖电压的历史和电荷的积累才能实现的,另一类是需要依赖加磁场才能实现的那不同类型的钞票二极管有很多种可能的实现方案,但是超导二极管说起来容易,做起来很难。一直到2020年的时候,日本京都大学的科学家才在超晶格的超导体通过在外磁场来首次实现了超导二极管的效应。那么在2022年的时候,荷兰戴尔福特理工大学的科学家们首次实现了没有外场的椰子辐射2极管效应。但是因为他们用的是传统超导体,临界温度实在是太低了。超导二极管的工作温度也非常的低,大约只有0.02K,就是零下273.13摄氏度左右。那必须采用昂贵的汽车制冷机才能用大规模的应用?很难实现。
2023年美国哈佛大学和中国清华大学的研究人员采用了相同的实验方案,把两个具有单层结构单元的同样航母高温超电它拼在一起,而且互相撞到了45度的一个角度,他们成功观测到了二极管效应。那么这里采用的高温烧烤材料,它这个临界温度就是在80K左右,也就是零下193.13摄氏度。最大的隧道电流出现在30K也就是零下243点以上摄氏度左右。那么在极大的提升了超导二极管的使用温度,超导二极管的应用也展露了新的希望。
基于超导二极管等元器件的超导集成电路,其加工工艺和半导体电路几乎是兼容的,一旦可以实用化,可以极快地推动产业革命。相比半导体集成电路,超导集成电路的运行功率从G赫兹提升到了百G赫兹,运行功耗它从10的负14次方瓦降低到了10的负19次方瓦。未来超导数字计算机如果实现,将搭建出不同意超导量子计算机的另外一条高性能低能耗的超级计算之路。
8.蚊子选择叮咬对象的科学研究 - 讨论科学家如何通过研究蚊子的嗅觉机制来开发防蚊产品。
每当夏天来临,伴随着热浪而来就是无孔不入的蚊子。只要温度适宜,即使是在深秋,蚊子也会悄无声息的冒出来,吸走我们的新鲜血液的同时,给我们的皮肤留下红包和瘙痒。这时你总是会唠叨,为什么被咬的总是我?这似乎也是一个复杂的问题。很多传言会将血型、体温、皮肤颜色甚至毛发浓密与被咬概率联系起来,但上述推测都鲜有证据支持。
科学家还是更倾向于蚊子是依赖于闻香识人的机制寻找目标的。例如2022年5月,康奈尔大学的研究者就曾发现,蚊子的嗅小球对夔泉和十一全格外敏感,而两种分子高度富集的人类是他们最爱的目标。另外,2022年7月,清华大学的科学家还发现,皮肤微生物的变化会影响挥发性小分子苯乙酮的浓度,从而影响蚊子的喜好。看来,气味是蚊子寻找对象的关键信息之一。2022年10月,细胞中的一项新研究又发现了能吸引蚊子的分子机制。皮肤中的羧酸,尤其是脂肪酸在微生物代谢下释放的气味,在蚊子的感官世界里可是一种令他如痴如醉的香味。
在为期三年的研究中有八名参与者需要每天在自己的手臂处贴身佩戴尼龙贴以收集体位,一天佩戴的时间要达到6小时,这一过程会反复进行,而收集的柠檬贴会轮流进行比赛。是的,你没听错,柠檬贴会分别放置在特制管道的两头,一对一的进行PK当埃及伊蚊进入容器内后,他们被哪一边的宁龙的气味吸引,就会朝哪一头聚集。获得胜利的赢家可以进入到下轮的PK赛。
经过多番角逐,冠军33号尼龙样本诞生了。与第二名相比,33号样本对文字的吸引力要强四倍,而与最后一名相比强了百倍之多。在所有测试中,33位样本都会引起人群蜂拥而至的场景,这种现象足以让人感到兴奋,这说明其中含有的物质对蚊子有着巨大的影响。在对样本进行分析后,他们从中重点筛选出来具有潜在影响的50种分子化合物,而其中一些会显著影响蚊子的行为,并且会高频地出现在容易被咬到人的皮肤上。最后,我们比较熟悉的羧酸分子从中脱颖而出,并且直链脂肪酸吸引力达到最高。这种代谢物会被皮肤微生物利用,并同时释放出文字所爱的特殊气味分子。而那些羧酸分子水平高的志愿者明显会更易受到文字的青睐,尽管研究团队后来又额外招募了一批志愿者参与测试,但33号样本还是以其独特的味道赢得了一次又一次的胜利。
有些志愿者参与研究的时间很长,他们一开始是蚊子喜欢的对象,而很久之后他们还会一直保持这个角色,这个状态会非常稳定。这也说明文字识别人类身体的信号分子机制是十分稳定的。为了尝试干预蚊子识别人类味道的过程,研究团队还尝试借助基因工程手段,破坏了蚊子的嗅觉受体ORCO和IR。但是破坏了ORCO并不能阻止蚊子找到特定气味的人类,而破坏不同的IR基因也只有微弱的影响。推测蚊子有多个嗅觉基因的拷贝,以避免由于某一个受体受到破坏而影响对于美食的判断。研究者未来希望能够找出吸引力的气味分子和微生物等指标,以制造出可以涂抹的抑制剂,或者调节这些气味来迷惑蚊子。
在过往的视频中我讲过由于个体遗传背景的不同而造成的被蚊子叮咬的概率的区别。现在看来,越来越多的证据指出了皮肤表面的气味分子,这些分子一方面有人直接分泌,另一方面又说到皮肤表面微生物对于皮肤分泌物的代谢影响。希望未来我们能够通过对这些物质的研究,发明出分解或者抑制这些气味分子的机制,从而彻底避免蚊子对我们的困扰。
其实AI时代的来临,有很多赚钱但不上市的公司的存在的可能性。就比如说你如果想创业,我热爱大模型,我想用大模型和技术去帮这一些公司解决一些问题。你不是开发一个产品去卖,但是你就是把已有的这个大模型应用在帮助公司解决问题。因为AI绝对可以解决很多问题,你一定可以收费,你会很快,你可能前三个月就盈利了。当然可能这不是一个scalable的盈利,不能成为一个上市公司,但是这也是创业公司,而且有些公司就是靠先收费之后再演变成为一个有产品的公司。
确实今天各种环境,融资环境等等都不是都是有史以来,不能说是有史以来,近十年以来最差。所以融资是难,但是我觉得我们可能就是要考虑一下。第一个,今天你要去找VC融资,他会要看什么?他的标准门槛会非非常的高。你如果跨不过那个门槛,真的还有别的创业的方法。就是不是每个创业都要做一个都能做一个伟大的公司,或者都需要做一个上市的公司,做一个服务型的公司,做一个解决方案的公司,做一个系统集成的公司,它都有价值。而且你一旦开始入局了以后,当环境好了,都还有机会再去做各种的转型。
还有最后一个建议就是说,无论你去融资还是自己做。现在其实创业公司面临的最大的灵魂拷问就是现金流了。就是你怎么样能够确保你的现金流能让自己活到盈利或者融资,或者找到下一个成长线,这点是特别重要的。所以无论你选什么方向,都一定要确保这个灾难性公司倒闭是必须要去能够避免。