LK-99“超導體” 看看專(zhuān)家怎么說(shuō)

Image: A screenshot taken of a video uploaded to ScienceCast by Hyun-Tak Kim

LK-99可能是革命性的 —— 它被認為是一種完美的超導體，可以幫助核聚變成為現實(shí)，并使懸浮列車(chē)成為一種簡(jiǎn)單的通勤方式。至少這是社交媒體上流傳的故事，但這并不是許多專(zhuān)家對這一新發(fā)現的看法。

近日，該資訊在推特（目前更名為X）、Twitch和Reddit上愈演愈烈，LK-99被譽(yù)為千載難逢的物理學(xué)突破。學(xué)術(shù)研究人員和熱心的業(yè)余愛(ài)好者都在競相通過(guò)自己制造LK-99來(lái)看看它是否合法。這樣，他們就可以弄清楚LK-99是否真的擁有首次發(fā)現它的研究人員在7月份發(fā)表的有爭議的論文中所寫(xiě)的超能力。

The Verge采訪(fǎng)了該領(lǐng)域的少數專(zhuān)家，試圖將科學(xué)與炒作區分開(kāi)來(lái)。盡管他們可能很想看到這種超導體的成功——一種可以在室溫和環(huán)境壓力下零電阻導電的超導體——但他們對此持懷疑態(tài)度?？梢钥隙ǖ氖?，我們仍在等待每個(gè)試圖驗證LK-99說(shuō)法的人給出更明確的答案。The Verge還想知道——如果LK-99真的做到了它應該做的——接下來(lái)會(huì )發(fā)生什么？

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那么，LK-99是什么？

它可能看起來(lái)像任何古老的深灰色巖石，但從技術(shù)上講，LK-99是一種由鉛、氧和磷制成的多晶材料，經(jīng)過(guò)“摻雜”或注入銅。7月底，一群研究人員發(fā)表了一系列關(guān)于LK-99發(fā)現的論文，并稱(chēng)其為“一個(gè)全新的歷史事件，為人類(lèi)開(kāi)啟了一個(gè)新時(shí)代?！?/p>

這些論文的主要作者來(lái)自韓國量子能源研究中心，聲稱(chēng)LK-99是世界上第一個(gè)室溫常壓超導體。換句話(huà)說(shuō)，在典型的設置中，它可以在沒(méi)有任何電阻的情況下導電。對Sith Lord來(lái)說(shuō)，消除阻力就是一切。由于效率較低的材料中存在電阻，電網(wǎng)和電子設備如今消耗了大量電力。

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為什么LK-99可能如此重要？

如今，還有其他超導體。它們被用于磁共振成像（MRI）機器、量子計算機和核聚變設備。但這些超導體只能在非常低的溫度或高壓下工作。這使得它們在大多數日常應用中使用起來(lái)過(guò)于困難和昂貴。

牛津大學(xué)材料教授、應用超導中心主任Chris Grovenor表示：“一種在技術(shù)上可行的室溫超導體不僅僅是諾貝爾獎的領(lǐng)域。如果你已經(jīng)申請了專(zhuān)利，它的價(jià)值基本上是不可估量的。它在很多方面都是變革性的?！?/p>

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為什么科學(xué)界對此持懷疑態(tài)度？

首先，LK-99在預印本中被描述后聲名鵲起，預印本是未經(jīng)同行評審的研究論文。新研究的金標準或多或少將發(fā)表在一本聲譽(yù)良好的同行評審期刊上。兩份預印本于7月底在服務(wù)器arXiv上發(fā)表，一項相關(guān)研究于今年早些時(shí)候發(fā)表在《韓國晶體生長(cháng)和晶體技術(shù)雜志》上。

這使得我們現在看到的試圖復制這些預印本中的發(fā)現的努力至關(guān)重要。但這并不是讓專(zhuān)家們停下來(lái)思考的唯一問(wèn)題。他們在接受The Verge采訪(fǎng)時(shí)提出了一系列擔憂(yōu)。

首先，數據不一致；這兩份預印本不一致。據報道，作者之間也存在沖突（一篇論文中有三位作者，另一篇論文有六位作者）。另一篇論文的作者告訴《新科學(xué)家》（https://go.redirectingat.com/?xs=1&id=1025X1701640&url=https%3A%2F%2Fwww.newscientist.com%2Farticle%2F2384782-room-temperature-superconductor-breakthrough-met-with-scepticism%2F&xcust=___vg__p_23584118__t_w__r_https://www.theverge.com/__d_D），作者較少的預印本包含“許多缺陷”。作者William&Mary物理學(xué)研究教授Hyun Tak Kim也表示，預印本是在未經(jīng)其許可的情況下上傳到arXiv的。當the Verge聯(lián)系到Kim和其他通訊作者時(shí)，他們沒(méi)有做出回應。

Grovenor指出，研究人員沒(méi)有進(jìn)行熱異常測試，這是研究這類(lèi)材料的主要實(shí)驗室的標準測試?！八斜蛔C明是超導體的超導體都顯示出這種特殊的熱異常，”他說(shuō)，“如果沒(méi)有特定的熱異常，那就不是超導體?！?/p>

伊利諾伊大學(xué)厄巴納-香檳分校的凝聚態(tài)物理學(xué)家Nadya Mason表示，預印本對“零”電阻的定義也不精確。超導體的電阻應該為零，但預印本顯示的“零”的比例很難判斷LK-99是真正的完美超導體還是非常好的導體。Mason說(shuō)：“金屬是一個(gè)非常非常非常非常好的導體。但它仍然不完美。你確實(shí)會(huì )在熱中損失很多能量。這就是為什么我們的筆記本電腦會(huì )變熱，也是為什么你在電網(wǎng)中損失這么多能量。所以，你有一個(gè)完美的導體還是一個(gè)真正好的導體真的很重要?！?/p>

LK-99的構建塊也引起了一些人的注意。與許多由金屬制成的超導體不同，它最初是一種不導電的礦物?！爱斈銖囊粔K巖石開(kāi)始時(shí)，你很可能會(huì )以一塊巖石結束，”著(zhù)名研究員、阿貢國家實(shí)驗室材料科學(xué)部前主任Michael Norman說(shuō)。在這種材料中摻雜銅被認為是改變它的原因，但尚不清楚銅應該去哪里，以及它是如何將巖石轉變?yōu)槌瑢w的。

“這一發(fā)現完全出乎意料，”國家高磁場(chǎng)實(shí)驗室首席材料科學(xué)家、FAMU-FSU工程學(xué)院教授David Larbalestier說(shuō)，“坦率地說(shuō)，我不知道用銅摻雜這種（礦物）背后的想法是什么?！?/p>

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在LK-99之前，我們不是聽(tīng)說(shuō)過(guò)一些關(guān)于室溫超導體的戲劇性事件嗎？

確實(shí)發(fā)生了很多戲劇性的事情。早在2020年，羅切斯特大學(xué)的一個(gè)研究小組就表示，他們發(fā)現了一種由氫、硫和碳制成的室溫超導體。但這項發(fā)表在著(zhù)名雜志《自然》上的研究后來(lái)被撤回，因為編輯們指出了該研究數據的處理方式存在問(wèn)題。

羅切斯特的研究人員再次嘗試。3月，他們發(fā)表了另一篇關(guān)于由氮、氫和稀土金屬镥制成的室溫超導體的論文。他們以《星際迷航》中一種形成黑洞的虛構材料命名它為“reddmatter”。這篇論文仍在審查中，尤其是羅切斯特的一位關(guān)鍵研究人員在他的其他工作中面臨著(zhù)抄襲和數據捏造的指控。

Mason說(shuō)：“這對這個(gè)領(lǐng)域不好。這讓我們大多數人對人們無(wú)法復制數據的說(shuō)法和案例非常警惕?？茖W(xué)的工作原理是復制，以及我們相互開(kāi)放和測試彼此結果的能力?！?/p>

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復制LK-99并證明其是否超導的努力取得了多大成功？

不僅僅是大型研究實(shí)驗室在研究LK-99是否能達到預期效果。由于LK-99由相對簡(jiǎn)單的成分制成，不需要極端的溫度或壓力，其他有機會(huì )使用它和合適設備的人正在嘗試。據《連線(xiàn)》近日報道（https://www.wired.com/story/inside-the-diy-race-to-replicate-lk-99/），一家太空研究初創(chuàng )公司的工程師一直在Twitch上直播他的工作。

專(zhuān)家告訴The Verge，現在對LK-99做出最后決定還為時(shí)過(guò)早。盡管如此，一些早期的結果還是在社交媒體上吸引了人們。華中科技大學(xué)的一個(gè)研究小組制作的LK-99似乎懸浮在空中，一段視頻（https://twitter.com/altryne/status/1686277321869975552）在網(wǎng)上流傳。當被放置在磁鐵上方時(shí)漂浮是抗磁性的標志，當材料排出磁場(chǎng)時(shí)。這是超導體的經(jīng)典特征，通過(guò)一種被稱(chēng)為邁斯納效應的現象，最初寫(xiě)LK-99的作者還包括一段它部分懸浮的視頻（https://sciencecast.org/casts/suc384jly50n）。

重要的是要記住，懸浮本身并不能使某些東西成為超導體。它仍然需要在嚴格的測試中顯示出零電阻。其他東西懸浮是因為它們是抗磁性的，比如石墨，LK-99可能只是一種新的抗磁性材料。

其他知名機構尚未分享他們的研究結果，包括阿貢國家實(shí)驗室和FAMU-FSU工程學(xué)院的研究人員。Larbalestier說(shuō)：“在一兩周內，我們將有20、30、40、50或100個(gè)實(shí)驗室進(jìn)行各種合成。所以很快就會(huì )搞清楚了?！?/p>

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如果LK-99真的是室溫超導體呢？這會(huì )立即改變我們的生活嗎？

比方說(shuō)，在一兩周內，有人成功地烹制出一批LK-99，通過(guò)了所有超導測試。那怎么辦 —— 這仍然不能保證LK-99將徹底改變所有電動(dòng)汽車(chē)。

Grovenor說(shuō)：“已知的超導體有數千種……我們使用四種，因為它們是可以設計、大規模生產(chǎn)的超導體，成本低廉，可以應用于人們愿意付費的真實(shí)系統中?！?/p>

LK-99可能很難使用，因為它是一種礦物，而不是一種延展性金屬，例如，你可以把它當作金屬絲纏繞。20世紀80年代的一項重****現導致超導體可以在比以前更高的溫度下工作，但需要更長(cháng)的時(shí)間才能在現實(shí)世界中找到應用，部分原因是這些材料是脆性陶瓷。

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那么，我們什么時(shí)候才能在現實(shí)世界中看到室溫超導體呢？

the Verge采訪(fǎng)過(guò)的專(zhuān)家都無(wú)法估計我們何時(shí)能夠看到革命性的室溫超導體在發(fā)揮作用。

Grovenor說(shuō)：“它可能只是魔法，一只神奇的獨角獸，卻不存在。我們沒(méi)有權利指望外面會(huì )有神奇的東西?！?/p>

我們仍然有可能看到室溫超導體應該帶來(lái)的一些東西，即使它從未被發(fā)現。想想效率極高的超導電網(wǎng)和更強大的醫學(xué)成像機器。這些發(fā)展可能取決于更多的漸進(jìn)式改進(jìn)，以使現有超導材料的制造成本更低，部署更容易。

Grovenor說(shuō)：“雖然可以做出很大的改進(jìn)，但這并不是因為發(fā)明了室溫超導體。他們正在更有效地利用我們現有的資源?！?/p>

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