看到这个动图,是不是超级震撼了?今天我们来讲久违的室温超导,似乎已经有了很大的进展。总体来说,现在韩国、中国和巴西的研究人员,都宣布发现了室温超导,韩国的还是LK-99,说是有改动,但没提出什么更多的新东西,他们内部据说也完全乱套了。
中国有多个团队做出了新的材料,并在arXiv上提交了论文,最震撼的就是这个刚出来的,完全悬空倒悬浮的动图,视频还没有发出来,一位教授认为已经可以杀死比赛了,意思就是室温超导基本已经实锤了。
巴西的是手撕热解石墨,发现了线性缺陷诱导的大于300K的全局超导性,并提出了理论模型,也适用于其他层状材料,可以寻找更高温的超导体。下面我就简单理一下,所谓室温超导这几个月来的进展和最新情况。
韩国
韩国LK-99室温超导去年7月横空出世,在网上掀起半个多月的热潮后,最终偃旗息鼓,无疾而终。主流科学界认为LK-99单晶是透明的绝缘体,根本不可能超导,所谓电阻陡降是硫化亚铜作祟,半悬浮是铜掺杂导致的复杂磁性。但韩国团队依然我行我素,修修补补,坚称室温超导存在,并一直在推进商业化,但团队据说已四分五裂了。
中国
虽然全球主流学界几乎不再有任何声音,尤其是欧美似乎完全不闻不问了,但在热潮中崛起的几位中国民间“炼丹”高手,却逐渐获得中科院、北科大、华南理工等机构老师的支持和指导,开始转向正规战场,相继炼出了多个类LK-99的半悬浮或疑似全悬浮样品,虽然采用的是不同方法,测试也在不同的实验室,但得到的结果却高度统一。
之后他们联合在arXiv上发布论文,明确在250K(-23℃)下检测到了超导体典型的磁滞回线,认为在室温下可能存在迈斯纳效应,300K以上仍有很大机会观察到室温超导性。只是样品中信号还非常弱,需进一步合成更多样品继续验证。
然后就是今天刚看到的一个动图,中国区“炼丹”指导的主力,华南理工大学一位教授发出来的,非常明确的悬空倒悬浮样品,认为已经可以杀死比赛了,我想应该就是室温超导实锤的意思了。从视频上你也可以看出,似乎完全地钉扎了,如果这都还不是超导,确实很难找到其他解释了。
那么你很自然就会想到,去年8月初LK-99热潮刚出来时,北京科技大学侯小明发的那个视频,也是清晰的全悬浮,但他很快就删除视频,并发了一个莫名其妙的道歉帖,很多人感觉里面还有故事,不知道未来会不会还有什么后续。
巴西
巴西的论文最新却又最早,发表在德国知名出版商Wiley的《先进量子技术》上,作者是巴西圣保罗坎皮纳斯州立大学物理学教授,凝聚态物理学博士雅科夫·科佩列维奇,他也是巴西国家科委顾问委员。通讯作者是瓦莱里·维诺库尔,凝聚态物理学家,美国物理学会院士,曾长期担任美国阿贡国家实验室高级科学家,2021年1月,维诺库尔开始担任瑞士量子技术公司Terra Quantum的美国公司首席技术官。
论文标题是《石墨中的全局室温超导性》,这篇论文实际比LK-99更早,2022年8月1日就投稿到了arXiv,2023年7月19日投到正刊,12月31日才刊发出来,这两天才引起关注,是不是感觉有点奇怪?这半年居然都没人把它扒出来,至少从数据上来看,它似乎比LK-99更好看。
如果这篇论文被验证,估计又会传出一段佳话,石墨,没错,他们这次仍然是手撕石墨,使用透明胶带来剥离高定向热解石墨(HOPG),在表面形成的近平行线性缺陷上,发现了300K下的全局室温超导现象。维诺库尔说,这种线性缺陷类似于一组滑轮,在里面形成了库珀对,为超导提供了温床。
具体来说,他们用11根间距0.2mm的银电极测量了表面电阻,在室温下观察到了零电阻,这是超导现象的一个明显标志。局部和非局部测量结果一致,表明关键电流与正常态电阻之间的关系具有普适性。
磁性测量中,他们在300K下测到了超导性M-H磁滞回线数据,和强II型超导体铜氧化物超导体(Bi2Sr2CaCu2O8)极为相似,超导屏蔽效应及临界电流随温度的振荡都与理论预期相吻合,从而强烈支持室温超导的存在。
那么这种超导性是如何产生的呢?研究人员认为,层状材料中的线性缺陷会导致强烈的应变波动,这种波动会在局部区域内促使电子配对,形成一种特殊的状态,他们称之为凝聚态液滴(condensate droplets),然后在整个平面上形成类似约瑟夫森结阵列的结构。
所谓约瑟夫森结阵列,是一种由许多超导体组成的网络,这些超导体之间通过隧道效应相互连接。朋友们可能都还记得,前段时间IBM推出的量子芯片,超导量子比特就是由约瑟夫森结制成的,两个超导体中间夹一个绝缘薄层,形成类似于三明治的结构。
通过这些隧道连接,凝聚态液滴之间就可以形成全局的超导性,也就是说,整个材料都可以表现出超导性。如果这些凝聚态液滴足够小,那么这种超导性可以在相当高的温度下出现,也就是所谓的室温超导。注意,这里说的并不只是石墨,研究人员认为这个理论模型适用于层状材料,可以指导人们到哪里去找更多的室温超导材料。
那么现在韩国那边还在不遗余力地把LK-99,或者说改进后的类似材料商业化,中国的团队似乎也板上钉钉发现了室温超导,现在巴西的科学家又发现层状材料线性缺陷,可能导致室温超导的机制,那么室温超导是不是真的要呼之而出了呢?
这个恐怕还很难说,目前发现的所谓“室温超导体”都还在微小尺寸上,拿来做测试都非常困难,各种数据也无法完全排除其他的可能性,样本也基本是孤立的,理论也似是而非,很难说服人,尤其是科学界,所以到现在都还是民间讨论得火热,业界却基本没有任何声音。
但无论如何,室温超导都是科学家们追求的终极梦想,也是我们这个时代所急迫需要的,所以如果哪一天,哪怕就是明天,室温超导体就真正地毫无疑义地出现在我们面前,我们也不必感到惊讶,因为它早就该来了。
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