Впервые успешно воспроизведена сверхпроводимость при комнатной температуре? Внутренний эксперимент заключается в том, чтобы провести пальцем по экрану по всему миру, и корейская команда хочет убрать бумагу, так что не слишком волнуйтесь.

23 июля южнокорейская научная группа загрузила две статьи на сайт препринтов arXiv, утверждая, что им удалось достичь сверхпроводимости при нормальном давлении и нормальной температуре с критической температурой, превышающей 400 К (около 127°C).

Как только об этом стало известно, поднялся шум, и научные исследовательские группы из разных стран присоединились к повторному появлению эксперимента со сверхпроводимостью при нормальном давлении и нормальной температуре по «потиранию рук».

После нескольких повторных экспериментов с «приседаниями» Ву Хао, научный сотрудник Школы материаловедения и технологий Хуачжунского университета науки и технологии, и Ян Ли, докторант, под руководством профессора Чан Хайсиня успешно впервые проверил и синтезировал кристалл LK-99, который может левитировать на магните. левитация.

Исследователи поместили небольшой магнит под образец, чтобы увидеть, левитирует ли образец на магнитном поле. Экспериментальные результаты показывают, что образцы отталкиваются друг от друга под двумя полюсами магнита.

До дедлайна количество просмотров видео на станции B достигло 7,1 миллиона и продолжает расти, похоже, шестеренки профессиональной судьбы четырех главных тянькэнов снова повернутся.

«Алхимия» для улучшения сверхпроводников?

Фактически, с тех пор, как корейская команда опубликовала статью, из-за шокирующих экспериментальных выводов многие исследователи впервые поставили ее под сомнение.

Сюзанна Спеллер, профессор материаловедения в Оксфорде, сказала: «Все еще рано, и у нас нет убедительных доказательств сверхпроводимости этих образцов».

Майкл Норман, физик-теоретик из Аргоннской национальной лаборатории в США, подверг резкой критике: «То, как они проводят эксперименты, больше похоже на дилетантов».

Профессор Вэнь Хайху из Нанкинского университета также эвфемистически сказал в интервью: «В настоящее время нет убедительных доказательств того, что это сверхпроводящий материал при комнатной температуре и давлении. Если вы хотите проверить подлинность, вам нужно дождаться результатов экспериментов». научно-исследовательской группы судить».

В отличие от обычной сверхпроводимости, сверхпроводимость при нормальном давлении и комнатной температуре должна соответствовать нескольким условиям. Простое понимание – высокая температура (может быть сверхпроводящим при комнатной температуре), стабильность (сохраняет сверхпроводящее состояние при нормальном атмосферном давлении и теряет сверхпроводимость без воздействия внешних условий) и простота изготовления (изготовление обычными методами без необходимости использования специального оборудования или условий).

Интересно, что результаты повторного появления научных коллективов в разных странах также отличаются.

Исследовательская группа из Университета Бэйхан использовала метод испытаний на сопротивление для проверки сверхпроводимости образцов. Результаты показали, что, хотя синтезированный ими образец полностью соответствовал химической формуле LK-99, ранее опубликованной южнокорейской командой, они не наблюдали явных сверхпроводящих явлений в образце и даже имели полупроводниковые характеристики.

Сунь Юэ, профессор Юго-восточного университета, объявил весь процесс воспроизведения сверхпроводящего эксперимента при нормальном давлении и температуре на канале «Бюро научных исследований» станции B. Результаты показали, что образец имел слабый диамагнетизм, но сверхпроводимости не было. явление магнитной левитации.

Хотя другая часть научной группы утверждала, что воспроизвела диамагнетизм ЛК-99, "диамагнетизм" является лишь необходимым, но не достаточным условием для сверхпроводниковых материалов. Другими словами, сверхпроводниковые материалы имеют "диамагнетизм", но "диамагнетизм" не является обязательно является сверхпроводником, и совершенная реализация нулевого сопротивления при нормальном давлении и температуре также является одним из направлений, заслуживающих внимания.

Как упоминалось выше, хотя группа профессора Чанга Хайсиня из Хуачжунского университета науки и технологий впервые проверила и синтезировала кристалл LK-99, который может реализовать магнитную левитацию, сверхпроводимость и квантование потока еще предстоит проверить.

Однако некоторые исследовательские группы считают, что LK-99 может быть сверхпроводником.

Национальная лаборатория Лоуренса в Беркли США подтвердила теоретический механизм LK-99 с помощью компьютерного моделирования и считает, что LK-99 может стать сверхпроводником при комнатной температуре и давлении окружающей среды.

Результаты компьютерного моделирования показывают, что после того, как атомы меди заменят часть атомов свинца в апатитовом материале, электронное энергетическое состояние меди станет плоским, узким лентообразным распределением, что, по мнению ученых, является важным сигналом для реализации высоких -температурная сверхпроводимость. Группа научных исследований также обнаружила, что результаты расчетов показывают, что апатит, легированный медью, имеет много условий, способствующих сверхпроводимости, поэтому результаты считаются многообещающими.

Перед лицом различных сомнений Хюн-Так Ким, третий автор второй статьи корейской научно-исследовательской группы, сказал в интервью «Daily Economic News», что его команда ранее обнаружила ошибку в статье, которая сейчас пересмотрено. Он добавил: «Производимый сверхпроводящий материал LK-99 при атмосферном давлении и нормальной температуре может быть воспроизведен в течение месяца».

Также сообщается, что южнокорейская научно-исследовательская группа, возможно, скрыла ключевой процесс из-за внутренних разногласий и конфликтов, поэтому содержание сверхпроводимости в образцах в текущем эксперименте по воспроизведению относительно не так велико.

Острые пользователи сети обнаружили подробности отжига и охлаждения, которые, как предполагается, были скрыты корейской командой в статье «Высокотемпературный оксидный сверхпроводник с бесконечной структурой слоев».

Его анализ показал, что стабильное внутреннее высокое напряжение может заставить внутренние электроны двигаться упорядоченно и быстро, что является необходимой средой для сверхпроводимости.

В бесчисленных экспериментах Ким, член южнокорейской научно-исследовательской группы, случайно обнаружил, что, когда кварцевая трубка, содержащая образец, треснула в определенный момент после того, как ее вынули из печи, и в это время был введен кислород, сверхпроводящий готовый продукт.

В настоящее время новости, связанные с LK-99, появляются одна за другой. Является ли LK-99 ключом к разблокировке человеческих технологий, нужно больше времени, чтобы провести тщательную демонстрацию, поэтому, пожалуйста, не слишком нервничайте. Никто не вылетит, когда ты проснешься завтра Млечный Путь.

Нельзя отрицать, что как только появится сверхпроводящий материал при нормальном давлении и нормальной температуре, он будет иметь далеко идущее значение, не меньшее, чем открытие нового витка промышленной революции.

Например, в области энергетики применение сверхпроводящих материалов с нормальным давлением и нормальной температурой может повысить эффективность сетей электропередачи, способствовать более эффективной работе возобновляемых устройств, таких как сверхпроводящие генераторы и ветряные турбины, и снизить потери энергии;

В области транспорта характеристики нулевого сопротивления сверхпроводящих материалов могут быть использованы в эффективных системах поездов на магнитной подвеске для достижения более быстрой и энергоэффективной транспортировки;

В области медицинских и научных исследований применение сверхпроводимости при нормальной температуре и давлении может также способствовать развитию магнитно-резонансной томографии (МРТ) и других технологий медицинской визуализации, а также производству передовых магнитов и детекторов для научных исследований;

Если наш мозг станет больше, сверхпроводящие свойства также разрушат существующий дизайн продукта и внедрение материалов/технологий, больше не потребуется система охлаждения, оптическое волокно/CCL высокого порядка будет заменено и т. д., даже если он будет размером с iPhone. Устройства мобильных телефонов также могут иметь вычислительную мощность, сравнимую с квантовыми компьютерами.

Но до этого вы действительно понимаете, что такое сверхпроводимость?

Почему сверхпроводимость при комнатной температуре является «Святым Граалем физики»?

В 1911 году ученый Оннес понизил инертный газ гелий до низкой температуры 4,2 К (около -270°С), сжижал гелий, а затем использовал жидкий гелий для обработки металлической ртути.В это время Оннес измерил сопротивление ртути. и установили, что металл При понижении температуры сопротивление ртути постепенно уменьшается, а затем внезапно исчезает и становится сверхпроводящим материалом, равным 0. Позже люди назвали это явление сверхпроводимостью.

Это история физики, которую слышал каждый с девятилетним обязательным образованием. Когда каждый учитель физики рассказывает о главе о сверхпроводимости, у него сияют глаза.Как миссионер, он описывает значение сверхпроводимости и светлое будущее после реализации сверхпроводимости при комнатной температуре для студентов, чтобы историю сверхпроводимости можно было передать дальше из поколения в поколение..

В каком-то смысле сверхпроводимость обладает необходимыми элементами сказки, то есть необычайно антиреалистичными сюжетами и почти преувеличенными описаниями — сопротивление противоречит здравому смыслу, а сверхжесткие условия подготовки добавляют таинственности, не говоря уже о том, что реализация сверхпроводимости окажет реальное влияние на людей.

Наложение этих различных факторов делает сверхпроводимость одной из наиболее легко разрушаемых физических концепций, а ее сопротивление распространению намного ниже, чем у «необычных» терминов, таких как бозон Хиггса, гравитационные волны и темная материя. Однако когда мы хотим обсудить, что такое сверхпроводимость и каков принцип сверхпроводимости, это может затронуть слепое пятно знаний большинства людей.

Чтобы ответить на этот вопрос, мы должны сначала выяснить, как возникает сопротивление.

Возьмем, к примеру, металл: внутри металла имеется положительно заряженная решетка, а внешний слой представляет собой свободно движущиеся электроны.Когда мы прикладываем электрическое поле, процесс движения свободных электронов образует ток.

При этом часть свободных электронов может удариться о кристаллическую решетку, передать решетке часть энергии, и решетка снова начнет колебаться, выделяя тепло — это и есть весь процесс резистивного нагрева.

До открытия Оннесом явления сверхпроводимости в научном сообществе шли споры о факторах, влияющих на сопротивление.Ученый Матесон считал, что когда температура проводника падает достаточно низко, вибрация кристаллической решетки ослабевает, и сопротивление падает, но не упадет до 0. Другой ученый, Кельвин, считает, что при понижении температуры сопротивление сначала уменьшится, а затем снова увеличится при определенной температуре, потому что при слишком низкой температуре электроны также «замораживаются» и их движение ограничено.

Ученый Дьюар считает, что по мере снижения температуры сопротивление будет постепенно падать до 0, и, наконец, эксперимент Оннеса доказывает, что точка зрения Дьюара верна.

На самом деле, только для того, чтобы изучить, действительно ли сопротивление сверхпроводников падает до 0, или сопротивление настолько мало, что прибор не может его измерить, ученые провели множество экспериментальных исследований, чтобы доказать это, и мы не будем повторять их здесь.

Здесь я хочу подчеркнуть, что хотя явление сверхпроводимости легко понять, исследование сверхпроводимости спустя сотни лет представляет собой очень строгую и глубокую академическую работу.Если вы сделаете поспешные выводы без достаточных доказательств, вы можете даже воспользоваться этой темы только сделает слово «сверхпроводящий» академическим термином, который чрезмерно используется гражданскими науками, такими как инфракрасное излучение и квантовая физика.

В 1933 году ученый Мейснер открыл еще одно важное явление сверхпроводников: сверхпроводники полностью диамагнитны, что также можно назвать эффектом Мейснера.

Обычные предметы, помещенные в магнитное поле, могут быть пронизаны магнитным полем, но если сверхпроводник поместить в магнитное поле, обнаружится, что магнитное поле будет полностью изолировано (сверхпроводник типа I) или частично изолировано снаружи (сверхпроводник типа II). сверхпроводник), обладающий сильным магнитным сопротивлением.

Существуют теории, объясняющие, что это происходит потому, что внутри сверхпроводника генерируется ток, тем самым образуя магнитное поле, которое нейтрализует внешнее магнитное поле, так что может быть достигнут диамагнетизм.

Стоит отметить, что диамагнетизм не является уникальной характеристикой сверхпроводников. Такие материалы, как пиролитический графит, также обладают диамагнетизмом, поэтому наиболее строгим способом проверки сверхпроводниковых материалов является измерение сопротивления материала.

В 1957 году трое ученых Бардин, Купер и Шриффер выдвинули знаменитую теорию БКШ для объяснения явления сверхпроводимости.

Теория БКШ полагает, что при низкой температуре между электронами в материалах возникает взаимное притяжение, и это притяжение приводит к тому, что электроны образуют особое состояние спаривания, называемое куперовской парой.

В нормальных условиях электроны сталкиваются друг с другом, вызывая электрическое сопротивление. Но в сверхпроводящем состоянии куперовские пары, образованные этими электронными кластерами, движутся не хаотично, как отдельные электроны, а коллективно.

В это время куперовские пары могут перемещаться между решетками группами, не беспокоясь о решетках, поэтому сверхпроводники могут беспрепятственно проводить ток при низких температурах.

После объяснения явления сверхпроводимости научное сообщество начало «гонку сверхпроводников» в 1980-х годах Критическая температура сверхпроводников увеличилась с 40К до 77К, 90К и затем до 125К (около -148°С).Сверхвысокое давление позволяет материалы переходят в сверхпроводящее состояние при более высоких температурах.

В 2018 году материал из гидрида лантана, произведенный немецкой исследовательской группой, достиг сверхпроводимости в 1,7 миллиона раз выше атмосферного давления и 250 К (около -23 ° C), что в настоящее время является материалом, наиболее близким к сверхпроводимости при комнатной температуре.

По сравнению с другими сверхпроводящими материалами кристаллическая структура, способ изготовления и условия сверхпроводимости LK-99 необычны. Он заслуживает большей энергии научного сообщества, чтобы доказать это. Достаточно простого понимания этого интересного физического явления.

Это всего лишь небольшая вспышка, внезапно возникшая в процессе сверления дерева для разведения огня людьми, может быть пламя, а может быть, глаза находятся в трансе после слишком долгого сверления. Пожалуйста, будьте бдительны к пропаганде "левитации на магнитной подвеске сегодня, термоядерного синтеза в сверхпроводящем токамаке завтра и Ориона послезавтра". Что вам нужно знать, так это то, что LK-99 еще не был включен.

*Эта статья была написана совместно Мо Чунюй, Чэнь Цзэцзюнем и Хуан Чжицзянем.

#Добро пожаловать в официальный публичный аккаунт Айфанер в WeChat: Айфанер (идентификатор WeChat: ifanr), в ближайшее время вам будет представлен более интересный контент.

Ай Фанер | Оригинальная ссылка · Просмотреть комментарии · Sina Weibo