韩国室温超导复现三周,战况如何?国内外齐上手,仍不保真

南方都市报APP • AI前哨站
原创2023-08-12 15:22

自韩国室温超导的论文7月22日发表以来,已过去了近三周。

这是跌宕起伏的三周:有兴奋吃瓜的群众,有故事不断被曝“内讧”的韩国团队,还有不断涌现的复现大军——

光国内外有头有脸的知名实验室,就有东南大学、华中科技大学、上海大学、北大、国科大、美国劳伦斯伯克利国家实验室、美国普林斯顿、印度新德里CSIR国家物理实验室等十余家,更不用提数不尽的民间团队。

大家或是装备齐全,或是纯靠“手搓”,或是在专业学术平台发表论文,或是直接在B站、知乎、抖音、推特等社交平台进行直播,俨然一场科学狂欢盛宴。

各路复现实验不断涌现,似乎每一个都是“重磅进展”,外界对于LK-99的态度也是反转、反转、再反转,更使得大众眼花缭乱。这时,一个核心问题就自然浮现:

到了现在,韩国室温超导,还保真吗?

材料如何复现?室温超导如何证明?

其实,根据韩国团队论文,复现LK-99所需的设备条件异常简单,整体流程可分为三个步骤:

1、合成黄铅矿

2、合成磷化亚铜晶体

3、将黄铅矿和磷化亚铜晶体研磨成粉末,并在坩埚中混合,然后密封入晶闸管中,抽真空后封管,再放入箱式炉烧制,最终得到“常温常压超导体”材料。

如此简单的流程,甚至被戏称为“高中实验室的条件就够”,这或许也是引起全球复现热潮的原因之一。

而要验证材料确为室温超导,简单来说,有两个重要证据:

第一是迈斯纳效应,即物体从一般状态相变至超导态的过程中对磁场的排斥现象,肉眼所见的表现为“磁悬浮”。

第二是零电阻。在韩国团队的最初论文中,他们在105℃左右观察到,样品电阻有一个明显的跳变:先跳变到一个比较小的值,进入更低的温度(约60℃以下)时,电阻几乎为0。

全球各大实验室的复现实验和验证,也都主要围绕以上两点展开。

国内:直播复现实验;中科院论文“真正破案”?

国内的高校实验室中,最早出现消息的是东南大学。

7月31日,B站UP主“科学调查局”,也是东南大学物理学院的教授孙悦团队在B站上传视频《室温超导复现实验-全流程》,公布了复现实验的全流程。又在8月3日发布最新视频,称已成功在常压110K(-163℃)以下成功观测到了零电阻

但同时,孙悦团队也在视频评论区补充,虽然出现了一起分辨率极限的极小电阻,但并没有观察到抗磁性,所以不能说是观察到超导

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8月1日,B站UP主“关山口男子技师”发布两条视频,视频简介中写明团队成员为华中科技大学材料学院的博士后武浩、博士生杨丽、常海欣教授。

而《LK-99验证》、《补充视频》两条视频共同验证了材料的迈斯纳效应(通常表现就为“磁悬浮”)。同时,团队也在评论区补充,现在合成的值是几十微米大小的样品,如果进行测电阻的话会破坏样品,所以正在加紧第三批样品的制作。

不过,截至本文发表,仍未有最新消息传出。

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8月2日,曲阜师范大学物理工程学院的刘晓兵团队对抗磁性LK-99进行了电阻测试。在接受界面新闻采访时,他们表示,样品在常温到50K(-223.16℃)低温范围内仍存在大的电阻值,测试过程中并没有出现电阻大幅度骤降或者零电阻

8月6日,北京大学量子材料科学中心(ICQM)和国科大等单位发布论文称,磁化率测量结果显示,合成出来的与韩国团队论文主成分一致的LK-99材料中存在软铁磁组分,而这种铁磁称可以产生所谓的半磁浮状态,看似“磁悬浮”,但并非“超导磁悬浮”。因此,团队表示:

我们的测量结果没有显示样品中存在迈斯纳效应,也没有显示零电阻,这使我们相信我们的样品不表现出超导性。

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8月8日,中科院物理所北京凝聚态物理国家研究中心发表论文。他们测出了与韩国团队类似的结果,即样品在370K附近电阻率急速下降了三个量级(也就是电阻跳变)。但他们发现,引起这一现象的原因,是因为材料在制备过程中发生了相变,具体来说,是硫化亚铜这一成分的比例提高了

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可以说,虽然没有直接证伪,但北大和国科大、中科院物理所的这两篇论文,都对于韩国团队论文所称的室温超导现象的两个重要证据,“半悬浮”和“电阻跳变”做出了解释,认为它们都是由超导之外的因素引起的。

国外:印度团队三次失败;普林斯顿支持中科院成果

国外的复现潮同样火热。

最早在7月29日,印度新德里CSIR国家物理实验室的V.P.S.Awana教授就带领团队开始了复现实验。他们在7月29日、7月31日、8月4日分别进行了三次实验,结果都复现失败。Awana本人也在脸书上表示,LK-99应该不具有超导性

在第二次复现失败时,Awana联系到了韩国团队中的李硕培,并得到了回复:LK-99的1D结构是超导性的关键所在,所以纯度非常重要,因此复现需要严格遵循论文给出的烧制程序和条件。

8月10日,Awana团队再次进行实验,这次他们宣布,新复现的LK-99样品呈现出“量子锁定”现象,即一种超导体中的电子配对机制,被认为是材料表现出超导性质的基础。但Awana也补充认为,这种“量子锁定”现象并非一定由超导体的抗磁性导致,也有可能是与超导无关的铁磁性引起的。

他还提到了国内中科院物理所强调的硫化亚铜,认为这一物质本就具有“电阻开关”的特性,或许就是LK-99显示出类似室温超导性质的最主要原因。

在最新的发布中,Awana这样写道:

(样品)呈现出了复杂的磁性,而非室温超导……LK-99确实给凝聚态物理带来了全新的挑战。

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8月5日,捷克查理大学凝聚态物理系的研究人员完成了第一批制备,不过合成时出现计算失误,导致生成样品出现了问题。8月8日,他们又进行了最新一批样品的制备,发现仍存在杂质。

8月8日,美国普林斯顿大学的Schoop实验室发表论文称,在磁性和电阻测量中都没有观察到超导迹象。具体的,他们通过理论层面的计算对LK-99的结构提出了质疑。

韩国团队的最初论文提到,研究人员通过改良一种铅-磷灰石结构,用铜离子取代铅离子,产生应力,在微结构中引发畸变,最终使得LK-99能在127℃以下表现出超导性。其中,“铜离子取代铅离子”是关键。

而普林斯顿团队的理论计算结果是,这种在铅原子位点掺杂铜的方式是不稳定的,其电子结构并不利于超导,而更利于磁性

普林斯顿团队还在8月9日专门发推表示认可中科院的研究,并认为这与他们自己的研究可互为补充。

民间“手搓”队不断

再看民间队,或者说尚未网络实名的大神队。

他们通过B站、知乎、抖音、𝕏(原Twitter)等国内外主流社交平台进行视频、图文直播,以另一种没那么严肃学术,但更加直观的方式,为这场科学盛宴增添了几分不一样的色彩。

国内“炼丹图文视频直播流派”的“创始人”是知乎答主“半导体与物理”,在7月28日时,就开始在“韩国室温超导报道”的提问下进行图文直播,但很快就删除了帖子。8月1日时,该答主又更新了测试视频,表示“抗磁、半悬浮”,便再无消息。

知乎答主“胡豆”也是最早一批开始复现的,他在经历了三个实验失败后,最终在8月9日承认“彻底失败”,并表示按韩国团队的公开工艺难以复现,中科院物理所的论文也给出了理论否定,个人的实验会告一段落。

抖音的“炼丹师阿翔”在8月5日上传一段15秒的“LK-99全悬浮”视频,一时震惊国内外;B站UP主“侯小明”于8月6日发布“ 完全悬浮室温超导”视频;不过这两位都在随后的视频或评论区中自曝“造假”。

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B站UP主“真·凤舞九天”在8月7日于B站直播LK-99材料制备流程,中途还出现了一小块对磁铁有反应的,他自称“只是做科普的专业人员”,也表明自己的目的只是录制4K高清实验过程给大家科普。

抖音“牛顿的烈焰激光剑”在8月11日发布“全悬浮”视频,还直播复现效果,目前仍在更新炼制中,受到不少持续关注。

国外的民间复现者也不少。其中最受人瞩目的是𝕏(原Twitter)用户Andrew McCalip。

他自称职业为航天工程师,在报道刚发出,也就是7月28日左右就开始了大批材料设备的购置。8月4日,他甩出了一段“磁悬浮”视频。8月10日,他在推特发表长文,提到是“不同寻常的合成条件导致了样品”,并参考中科院物理所的论文,提出可以硫化亚铜这一成分来解释LK-99所展示在某个温度下电阻率急速下降了三个量级的现象。

在最后,他这样说:

这是一段令人难以置信的旅程,充满了阴谋和戏剧性。

原始样品是关键悬念

事实上,中科院物理所、普林斯顿两篇论文一出,本来已经让大家对韩国室温超导的信心大减,但8月10日,CSIR国家物理实验室观察到的“量子锁定”现象,又再次让事态扑朔迷离起来。

在当前反转再反转的态势前,没有人敢下某种“盖棺定论”,不过公认的是,“对韩国团队的原始样本进行分析”,将是验证的关键。

据悉,原始的LK-99样本只发给了两个机构:一家是韩国能源技术研究所KENTECH,已在约一个月前收到原始样品。该研究所人员通过X射线衍射分析确认,收到样品晶体结构与论文中的相同。但还没有公开更多数据。并且,他们也表示“是否超导是学术界的事,我们只对这种新材料的电学特性感兴趣。”

另一家则是韩国团队作者,金贤泰所在的美国威廉玛丽学院。他们预计在8月底之前收到原始样本。

至于在对原始样本彻底分析之前,还会有哪些进展和反转,只能说,还是再让子弹飞一会儿吧。


采写:南都记者 杨博雯

编辑:李玲

更多报道请看专题:韩国室温超导系列报道

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