韩国室温超导LK-99今天(8月13日)又曝劲爆消息,有人声称已改良方法,复制出LK-99材料,并在7℃下观察到了超导现象。韩国多人确信,LK-99是超导与其他相共存,我也在2019年的一篇论文中,发现这种共存的理论依据,难道LK-99室温超导真的是僵而不死,还有诈尸还阳的可能?
两个最新消息
推特上一直关注这一事件的俄罗斯博主,艾莉斯·亚历山德拉(Iris@iris_IGB),通过将原料中的硫酸铅替换为硅酸铅,复制出新的LK-99材料,并在7℃下观察到电压降到零,确认是0电阻转变,将在周一发布更多信息。
另外账号“牛顿的烈焰激光剑”发布的疑似悬浮视频仍在发酵,他用显微镜放大材料与磁铁的接触面后,发现只有一个极其微小的微米级的接触点,至少已有两位专业人士称其必然是抗磁性,甚至只能用磁通钉扎来解释。
我感觉这个说悬浮甚至钉扎可能有点牵强,样品太小了,环境条件稍有变化可能都会产生不同的结果,并且超导体的抗磁尤其是钉扎效应是比较强的,此前我们看到的都是很大一块材料明显悬浮,这种极其微小的反而悬浮不起来,还真不宜下肯定的结论。
LK-99是超导铁磁共存?
我认为比较重要的是,这两天韩国那边也出现越来越多的消息了,除了LK-99团队的金炫卓教授再次接受采访,对疑问进行更多解释外,其他一些相关人士也开始接受采访。他们阐述的主要观点就是,LK-99是超导相和铁磁相等共存的化合物。
韩国数字时代采访了一家金融初创公司的CEO金英杰(Ingi Kim),一位拥有物理学博士学位,曾担任延世大学研究教授的企业家,他认为LK-99既是室温超导体,也是一种新型铁磁性材料,其超导性能与铜原子的位置和数量有关。如果烘制得好,就会出现针状微小晶粒,其混合状态就是实际获得的样品。根据铅原子是否被取代,它会变成室温超导体、铁磁体或绝缘体。
金炫卓教授认为这个解释正确的,LK-99是超导和非超导相的混合物,这和他前两天回应中科院物理所的论文时说的基本一致,即低温下材料半导体相和超导体相共存,中科院物理所的电阻测试结果中已经显示了室温超导。
金教授在采访中表示,在非常好的样品中,已经测到了零电阻,中国东南大学也测到了110K下的零电阻,所以未来的关键是在技术发展后,可以剔除多少其他相。
总结一下,核心意思就是,LK-99是含有超导材料和其它材料的混合物,未来可以通过提纯来获得里面的超导材料,这也正是LK-99团队一直在做的。
而LK-99的另一关键人物,汉阳大学的名誉教授吴根浩则认为,论文中只介绍了原理,外部研究人员可能需要1年的时间,才能学会该方法,未来还会出现更好的热处理流程。他说铜只能微量添加,才能生成LK-99,多了会破坏磷灰石的结构,其他位置也会发生畸变,就不会产生超导性了,将铜替换到准确位置非常重要。
采访最后,金教授称,要想从LK-99中获得超导体并商业化应用,还需要大规模的资金和制造能力。而吴教授则表示,现在这种粉末只是在实验室水平上制造,接下来准备以试点规模生产,并供应给有需要的地方。
另外,SEIZE又放出一期LK-99的视频,其中采访金炫卓教授时问他,如果LK-99最终被证实不是超导体怎么办?韩语直译是:我们写论文,学者们提出论点,我都觉得没问题,因为我们又不是故意要宣传自己在做的事情,我们只是把它写成论文发到期刊上而已。
看来韩国那边的意思是非常清楚的,超导和铁磁是可以共存的,所以目前观察到的半悬浮、电阻没有完全降为零就迎刃而解了。
那么超导和铁磁究竟能不能共存呢?我还真看到了一篇论文。
超导铁磁共存的理论
这篇论文不是我找到的,是推特上一位网友给出的,来自知名科学新闻网站Phys,2019年7月10日莫斯科技术学院发布的,标题是《理论解释铁磁超导体行为》,从理论上解释了当时发现的一种超导和铁磁性相结合的材料,并预测了这类材料当时尚未观察到的一些效应,相关论文发表在《物理评论快报》上。
看起来是不是和现在的LK-99相关?以下是归纳总结的这篇文章内容。
长期以来,科学家们认为超导性和铁磁性是两种相反的性质,不可能在同一种材料中共存,就像一对世代为敌的仇恨世家,遇上了就要干一架,水火不容。因为超导体可以让电流无阻力地流过,而铁磁体则会产生磁场。如果把一个超导体放在磁场中,它会把磁场排除在外,这叫做迈斯纳效应。相反,如果把一个铁磁体放在磁场中,它会吸收磁场,这叫做磁化效应。那么一个材料,怎么可能同时具有超导性和铁磁性呢?
科学家们研究发现,有两大机制会导致铁磁性破坏超导性。
第一个是电磁机制。当一个超导体放在外部磁场中时,其表面会产生屏蔽电流来抵消外磁场,这个过程会增加能量。当外部磁场强于某个临界值时,屏蔽电流所增加的能量,就会超过超导凝聚所降低的能量,这时超导体就会转为正常常态,导致外部磁场进入内部失去迈斯纳效应。由于典型铁磁体的磁化强度,远高于超导体的临界场强,因此均匀的铁磁性会摧毁超导性。
第二个是交换作用机制。超导性是由两个电子形成的库珀对引起的,铁磁体的交换场,会使组成库珀对的电子自旋排列平行,破坏库珀对,从而消除超导性,这叫做顺磁效应。
然而,科学家们也发现,只要其中一种有序态不均匀,超导性和铁磁性就可以共存。由于非均匀场被屏蔽得更少,因此非均匀铁磁体可以容忍更强的超导性,而非均匀超导体可以容忍更强的铁磁性。不幸的是,对于所有已知的铁磁超导体,同时容纳铁磁性和超导性的温度窗口仅仅是0.1开尔文,所以当时并未发现,在宽温度范围内有超导铁磁共存的化合物。这就是说在一对世仇死敌中,如果一方强,一方弱,可以导致他们暂时相安无事,不过这样的时候太少了。
但在2019年,科学家们发现了一种铕化合物,掺磷的铕铁砷化合物EuFe2As2,这种材料中负责铁磁性的局域化4f电子,和介导超导性的5d电子互不影响,极大地削弱了交换作用对超导电子的影响,从而使得电磁机制占据了主导地位,超导和铁磁两种性质也得以在较宽的温度范围内共存。这就是说这对世仇死敌中的一方,占据了绝对上风,所以他们可以稍安勿躁很长一段时间了。
所以,不管你看没有看懂,理论上科学家们似乎已经证明,超导和铁磁是可以共同存在于化合物中的,那么金炫卓教授坚称LK-99是超导材料和其它材料的混合物,似乎就有理论依据了,掺磷铕铁砷化合物可以共存,铜掺杂铅磷灰石,也就是LK-99,可能也需要给一些时间来证明了。
那么,现在究竟怎么看待韩国团队主张的LK-99室温超导性呢?我总结一下就是,各国公开的复现实验,还没有发现它有超导性的证据,但韩国团队声称LK-99是超导相和其它相共存的材料,一些复制实验中实际已包含超导性的证据,并且他们已开始雄心勃勃地准备商业化应用了。
我本来已准备结束这个系列了,但现在看来,好戏似乎才刚刚开始,我感觉现在是民间闹得凶,科学界保持沉默,这究竟是不屑一顾,还是在暗中研究呢?从我的认知来看,从印度国家物理实验室表现出来的急迫来看,应该不会都掉以轻心吧。毕竟韩国团队这个主张实在太非凡了,没有人可以置之不理。
参考:物理评论快报(2019),DOI:10.1103/PhysRevLett.122.117002