最近,室温超导材料LK-99轰动了整个科技圈。有人说它是人类历史上最伟大的发现,也有人说它是一场骗局。LK-99到底是不是室温超导体?截至目前还没有一个确切的定论,来自世界各地的科研团队还在紧张的进行各种验证。
那么它到底是一种什么样的物质?它有着什么神奇的特性?它是如何被制造的呢?下面,就让我们一起来揭开LK-99的神秘面纱。
首先我们要了解什么是超导。根据维基百科的定义,超导是指材料在低于某一温度时,电阻变为0的现象,而这一温度称为超导转变温度。超导现象的特征是0电阻和完全抗磁性,这意味着电流可以在超导体中无损耗的流动,而且超导体可以悬浮在磁场上。超导现像在1911年被荷兰物理学家昂内斯发现,它将汞冷却到零下269摄氏度时,观察到了电阻突然降为零。从那以后,人们就一直在寻找更高温度下的超导材料,因为这将为电力、交通、通信、计算等领域带来革命性的变化。
目前已知的最高温度的超导材料是氢化硫酸盐,它在零下70摄氏度和267GPa的压力下表现出超导性。大家可能对这个数字没有概念,267GPa大概相当于大气压的260万倍。这个温度虽然比昂内斯时代高了很多,但仍然需要极低的温度和极高的压力才能实现,难以应用于实际场景。因此科学家们一直梦想着找到一种常压下的室温超导体,也就是可以在我们日常生活中使用的超导体。
2023年7月26日,韩国量子能源研究所的李锡培教授和他的团队在arXiv上发布了两篇论文,宣称他们合成了一种常压下的室温超导材料,其超导临界温度超过了水的沸点,最高达到127摄氏度。这种材料被命名为LK-99,这种铜掺杂的铅磷灰石,化学式写作这样。他们称在220摄氏度以下,LK-99的电阻急剧下降,表明其进入超导态。他们还展示了LK-99部分悬浮在磁铁上的图片,证明其具有抗磁性,这是超导体的一个典型特征。
这两篇论文一经发布,就引起了全球科学界和媒体的轰动和关注。同时资本市场上的超导概念股又一次集体大爆发。有人称赞这是人类历史上最重要的发现之一,也有人怀疑这是一个骗局或者错误,还有人表示保留意见等待进一步验证。就连韩国研究团队似乎也出现了内讧。
7月22日,韩国研究团队在arXiv上发表了第一篇论文,作者是3个人。两个多小时以后,上传了第二篇内容更为详尽的论文,论文作者却变成了6个人。该研究团队的成员表示,第一篇论文存在缺陷,是团队中的一名成员未经他们同意,擅自发表的,目前已向arXiv要求撤下论文。
8月1日,美国劳伦斯伯克利国家实验室通过计算机模拟,证实了LK-99存在超导的可能。同日,中国华中科技大学的博士后武浩和博士生杨丽声称成功复现了可部分磁悬浮的LK-99晶体。但是8月3日事件出现了大反转。
韩国超导和低温协会表示,LK-99的视频只验证了其具有抗磁性,并不符合迈斯纳效应,不足以证明LK-99是室温超导体。抗磁性是指有些金属在外加磁场时,会表现出与外场反向的磁化现象,从而产生排斥力。而迈斯纳效应指的是在低于临界温度和低于临界强度的外加磁场下,超导体内部没有任何磁感应强度,即超导体完全排斥了外部的磁力线,这种效应就被称为迈斯纳效应,也就是完全抗磁性。
8月6日,来自北京大学中国科学院大学等机构的研究人员发表论文称,LK-99表现出的是铁磁性半悬浮现象,不具备超导性。8月7日印度国家实验室也发表论文称,所得LK-99样品在室温下不具备超导性。
8月8日,美国马里兰大学凝聚态物质理论中心也转发了最新的研究称LK-99不是超导体,即使在室温或极低的温度下也不是,它只是一种电阻非常高的劣质材料。维基百科也更新了最新的研究,其中结果部分红色代表复现失败,黄色代表部分成功。下面还列出了理论研究结果。
那么LK-99是如何被制造的呢?有人可能会说像这种超尖端的科技,制备流程一定是各种黑科技,但这次韩国团队公布的方法,堪比古代炼丹术,就是把一堆粉末材料扔进炉子里面去烧,烧完了超导体也就练好了。
具体的步骤是这样的:首先买一点氧化铅和硫酸铅的粉末,按照1:1的比例放入干锅中均匀混合,在空气中加热至725度烧24个小时,得到黄铅矿晶体。然后把铜单质和磷粉放入真空管,在干锅中以480度的温度加热48个小时,得到磷化亚铜晶体。最后把前两步烧制出来的两种晶体研磨成粉末后,放入真空管,在干锅中以925度加热5-20个小时,然后你就得到了一种铜掺杂的铅磷灰石,也就是我们想要的LK-99晶体。
氧化铅硫酸铅和铜单质都是超级普通不值钱的材料,整个制备流程中,最昂贵的应该就是那个能加热的干锅,设备要求低到高中实验室就可以做,制备流程简单到有手就行,情怀上着实让人难以接受。为什么这么简单的操作就能制备LK-99呢?
李锡培教授说,铅磷灰石有一个六方晶系的结构,其中有两种不同的铅原子位置。李锡培教授认为,如果将其中一种铅原子位置上的1/4的铅替换为铜,就可能会产生超导效应。他们之所以选择铜作为掺杂元素,因为铜是一种常见的超导体成分,例如高温超导体中的铜氧化物和铁基超导体中的铜氧平面。他们认为,铜可以在LK-99中形成一种类似于铜氧平面的结构,从而促进电子对的形成和运动。电子对是超导现象的基础,它是指两个相反自旋的电子通过相互作用而结合在一起,形成一个玻色子。玻色子可以在低温下凝聚成一个量子态,从而实现无阻力的电流流动。
总之,如果LK-99真的是一个室温超导体,那么它将是人类科技史上最重大的发现之一。它将改变我们对物质和能量的利用方式,它将为我们创造出一个崭新的未来,它将为人类社会带来无限的可能。但是在此之前,还需要更多的实验数据和理论解释,来进一步验证LK-99的真实性。
关于LK-99的最新信息。我们会持续关注,如果你对LK-99有不同的见解和看法,欢迎在评论区留言讨论。