韩国LK-99室温超导系列今天(8月15日)可能是最后一篇了,德国马克斯普朗克研究所固体研究所发布论文,发起致命一击,明确宣判LK-99室温超导死刑:LK-99单晶光学透明且高度绝缘,排除超导性的存在!
此前全球各地按照韩国LK-99团队方法,合成了众多LK-99材料,发现材料囊括了各种属性,包括抗磁性、顺磁性、软铁磁性、反铁磁性、半导体、近零电阻等,这些特性杂合在一起,本身就已经说明,LK-99是一种含有不少杂质的材料,所以才表现出各种矛盾的行为。
马普所为了最大限度地减少结构缺陷和杂质对物理性质的影响,采用移动溶剂浮区法(TSFZ, Traveling Solvent Floating Zone,是一种制备高纯度单晶材料的方法),成功合成了纯净的LK-99单晶,之后用各种专业仪器进行了测量。
由于LK-99单晶光学透明,已经可以判断其具有绝缘体或半导体性质,不可能具备超导性。但由于此前也有报道称,某些材料由于等离子体频率极低(如高温超导铜氧化物),或电子发生相分离,形成绝缘的多数相和超导的少数相,从而可能出现超导性与光学透明性共存。(关于透明和超导的问题,包括例外,我在这篇文章中有详细解释——《
中美同时发现!韩国LK-99不是超导,而是铁磁性材料?
》,大家可以参考一下。)
为让数据更严谨,结果更具说服力,马普所研究人员用四探针法对样品电阻进行了测量,结果在室温下达到了数百万欧姆量级,排除了LK-99单晶室温下超导的可能。这也印证了普林斯顿大学的说法,他们复制出的材料也是透明的,不可能超导。
为进一步排除LK-99超导的可能,研究人员又进行了磁化率测量,结果在2K-800K的温度范围内,都没有发现超导相变的迹象,仅存在少量的铁磁性信号,可能来自不均匀的铜簇,再次印证了北大和普林斯顿大学的说法,铜掺杂可能会导致软铁磁性或面外反铁磁性。
进一步的磁场扫描还发现,这是因为铜取代铅的不均匀,导致了铜簇的形成,引发了自旋玻璃效应(Spin Glass Effect),即一些磁性原子的自旋随机地指向不同的方向,而无法达到稳定的有序状态,让材料具有复杂的动力学行为。弱磁场下会使样品呈现部分铁磁性,最重要的是,当暴露在更强的磁场中时,这种效应会饱和,导致材料表现出完全的抗磁性!
马普所认为,这些证据足以推翻LK-99单晶室温超导性的说法,换句话说,纯LK-99不可能室温超导。
另外马普所还发现,他们合成的LK-99单晶中没有检测到硫化亚铜,也没有导电性,而此前韩国LK-99材料和其它复制材料中,都检测到了硫化亚铜杂质,并观察到明显的导电性,结合之前其他研究报道的硫化亚铜在398K附近存在金属-绝缘体相变,即某些材料在一定温度或压力下电导率发生突变的现象。研究人员认为,所谓的导电性很可能是硫化亚铜的误导信号——这点印证了中科院物理所的说法。
是不是一锤定音,LK-99的所有超导疑云都得到了完美的解释?
但还有一个问题,韩国团队认为LK-99是一维超导,并在昨天对论文进行了第三次修改,论文最后增加了一张图,显示了一维系统的有效态密度增强效应更明显,对应的超导转变温度也更高,从而为论文中基于金炫卓教授BR-BCS理论,解释一维Pb-O链产生更高临界温度提供了更直观的支持。
那么韩国团队已经将LK-99蒸镀成膜,并申请了各种专利,是不是“块”状LK-99变成“膜”,就成了“一维”结构,从而形成了室温超导呢?
换句话说,是不是材料从块状成为膜状,就更容易超导了呢?
当然不是这样,如果一种物质本身没有超导性,那么它的薄膜也不太可能有超导性。这是因为超导性需要一定的条件和机制才能发生,例如低温、高压、强磁场、电子-声子相互作用、电子-电子相互作用等。如果一种物质在常规条件下没有显示出超导性的迹象,那么它很可能缺乏这些条件和机制,或者它们太弱或太难以激发。
但确实也有室温是绝缘体或半导体、超导临界温度接近绝对零度的材料,在薄膜下出现了更高临界温度的超导,比如锆氮氯(ZrNCl)和钛酸锶(SrTiO3),就可以通过掺杂或衬底,在薄膜状态达到几K或十几K的超导临界温度。
不过这都是因为在薄膜过程中引入了新的元素,改变了材料组成,而不是仅仅因为是薄膜状态,而且它们的超导都出现在低温区域。
所以仅仅把LK-99提纯蒸镀成膜状,究竟能不能超导,而且还是室温超导,恐怕还有待更详细的检验。
这是我的第21篇韩国LK-99室温超导专题文章,刚好每天一篇,详细记录了从这波LK-99热潮开始第一天到现在我的认知过程,顺便科普了一些超导方面的知识,由于不是这个专业,认知有限,可能在一些深度专业的地方有不准确的情况,不过在原理和机制上应该没有什么大的问题。
另外,我除了科学立场,没有其他立场,除了站在人类和生命一边,不会站其他任何边,彼黍离离,彼稷之苗,行迈靡靡,中心摇摇,知我者谓我心忧,不知者谓我何求,各路喷子请自行绕道。
超导专题就此告一段落,当然如果有更重大的消息,我会第一时间告诉朋友们,敬请关注。
(另:这篇文章是昨天8月15日写成的,因为核实相关资料和数据,耽误了很多时间,落到今天发,为反映整个记录过程,因此没有改时间)