LK-99“超導(dǎo)體” 看看專家怎么說

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(rèn)為是一種完美的超導(dǎo)體，可以幫助核聚變成為現(xiàn)實，并使懸浮列車成為一種簡單的通勤方式。至少這是社交媒體上流傳的故事，但這并不是許多專家對這一新發(fā)現(xiàn)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)余愛好者都在競相通過自己制造LK-99來看看它是否合法。這樣，他們就可以弄清楚LK-99是否真的擁有首次發(fā)現(xiàn)它的研究人員在7月份發(fā)表的有爭議的論文中所寫的超能力。

The Verge采訪了該領(lǐng)域的少數(shù)專家，試圖將科學(xué)與炒作區(qū)分開來。盡管他們可能很想看到這種超導(dǎo)體的成功——一種可以在室溫和環(huán)境壓力下零電阻導(dǎo)電的超導(dǎo)體——但他們對此持懷疑態(tài)度?？梢钥隙ǖ氖?，我們?nèi)栽诘却總€試圖驗證LK-99說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(yīng)該做的——接下來會發(fā)生什么？

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那么，LK-99是什么？

它可能看起來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“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(xiàn)的論文，并稱其為“一個全新的歷史事件，為人類開啟了一個新時代。”

這些論文的主要作者來自韓國量子能源研究中心，聲稱LK-99是世界上第一個室溫常壓超導(dǎo)體。換句話說，在典型的設(shè)置中，它可以在沒有任何電阻的情況下導(dǎo)電。對Sith Lord來說，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(shè)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(dǎo)體。它們被用于磁共振成像（MRI）機器、量子計算機和核聚變設(shè)備。但這些超導(dǎo)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(shù)日常應(yīng)用中使用起來過于困難和昂貴。

牛津大學(xué)材料教授、應(yīng)用超導(dǎo)中心主任Chris Grovenor表示：“一種在技術(shù)上可行的室溫超導(dǎo)體不僅僅是諾貝爾獎的領(lǐng)域。如果你已經(jīng)申請了專利，它的價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(yù)印本中被描述后聲名鵲起，預(yù)印本是未經(jīng)同行評審的研究論文。新研究的金標(biāo)準(zhǔn)或多或少將發(fā)表在一本聲譽良好的同行評審期刊上。兩份預(yù)印本于7月底在服務(wù)器arXiv上發(fā)表，一項相關(guān)研究于今年早些時候發(fā)表在《韓國晶體生長和晶體技術(shù)雜志》上。

這使得我們現(xiàn)在看到的試圖復(fù)制這些預(yù)印本中的發(fā)現(xiàn)的努力至關(guān)重要。但這并不是讓專家們停下來思考的唯一問題。他們在接受The Verge采訪時提出了一系列擔(dān)憂。

首先，數(shù)據(jù)不一致；這兩份預(yù)印本不一致。據(jù)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(yù)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(yù)印本是在未經(jīng)其許可的情況下上傳到arXiv的。當(dāng)the Verge聯(lián)系到Kim和其他通訊作者時，他們沒有做出回應(yīng)。

Grovenor指出，研究人員沒有進行熱異常測試，這是研究這類材料的主要實驗室的標(biāo)準(zhǔn)測試?！八斜蛔C明是超導(dǎo)體的超導(dǎo)體都顯示出這種特殊的熱異常，”他說，“如果沒有特定的熱異常，那就不是超導(dǎo)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(yù)印本對“零”電阻的定義也不精確。超導(dǎo)體的電阻應(yīng)該為零，但預(yù)印本顯示的“零”的比例很難判斷LK-99是真正的完美超導(dǎo)體還是非常好的導(dǎo)體。Mason說：“金屬是一個非常非常非常非常好的導(dǎo)體。但它仍然不完美。你確實會在熱中損失很多能量。這就是為什么我們的筆記本電腦會變熱，也是為什么你在電網(wǎng)中損失這么多能量。所以，你有一個完美的導(dǎo)體還是一個真正好的導(dǎo)體真的很重要?！?/p>

LK-99的構(gòu)建塊也引起了一些人的注意。與許多由金屬制成的超導(dǎo)體不同，它最初是一種不導(dǎo)電的礦物。“當(dāng)你從一塊巖石開始時，你很可能會以一塊巖石結(jié)束，”著名研究員、阿貢國家實驗室材料科學(xué)部前主任Michael Norman說。在這種材料中摻雜銅被認(rèn)為是改變它的原因，但尚不清楚銅應(yīng)該去哪里，以及它是如何將巖石轉(zhuǎn)變?yōu)槌瑢?dǎo)體的。

“這一發(fā)現(xiàn)完全出乎意料，”國家高磁場實驗室首席材料科學(xué)家、FAMU-FSU工程學(xué)院教授David Larbalestier說，“坦率地說，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，我們不是聽說過一些關(guān)于室溫超導(dǎo)體的戲劇性事件嗎？

確實發(fā)生了很多戲劇性的事情。早在2020年，羅切斯特大學(xué)的一個研究小組就表示，他們發(fā)現(xiàn)了一種由氫、硫和碳制成的室溫超導(dǎo)體。但這項發(fā)表在著名雜志《自然》上的研究后來被撤回，因為編輯們指出了該研究數(shù)據(jù)的處理方式存在問題。

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(dǎo)體的論文。他們以《星際迷航》中一種形成黑洞的虛構(gòu)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抄襲和數(shù)據(jù)捏造的指控。

Mason說：“這對這個領(lǐng)域不好。這讓我們大多數(shù)人對人們無法復(fù)制數(shù)據(jù)的說法和案例非常警惕?？茖W(xué)的工作原理是復(fù)制，以及我們相互開放和測試彼此結(jié)果的能力。”

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復(fù)制LK-99并證明其是否超導(dǎo)的努力取得了多大成功？

不僅僅是大型研究實驗室在研究LK-99是否能達(dá)到預(yù)期效果。由于LK-99由相對簡單的成分制成，不需要極端的溫度或壓力，其他有機會使用它和合適設(shè)備的人正在嘗試。據(jù)《連線》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。

專家告訴The Verge，現(xiàn)在對LK-99做出最后決定還為時過早。盡管如此，一些早期的結(jié)果還是在社交媒體上吸引了人們。華中科技大學(xué)的一個研究小組制作的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(dāng)被放置在磁鐵上方時漂浮是抗磁性的標(biāo)志，當(dāng)材料排出磁場時。這是超導(dǎo)體的經(jīng)典特征，通過一種被稱為邁斯納效應(yīng)的現(xiàn)象，最初寫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(dǎo)體。它仍然需要在嚴(yán)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(gòu)尚未分享他們的研究結(jié)果，包括阿貢國家實驗室和FAMU-FSU工程學(xué)院的研究人員。Larbalestier說：“在一兩周內(nèi)，我們將有20、30、40、50或100個實驗室進行各種合成。所以很快就會搞清楚了?！?/p>

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如果LK-99真的是室溫超導(dǎo)體呢？這會立即改變我們的生活嗎？

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

Grovenor說：“已知的超導(dǎo)體有數(shù)千種……我們使用四種，因為它們是可以設(shè)計、大規(guī)模生產(chǎn)的超導(dǎo)體，成本低廉，可以應(yīng)用于人們愿意付費的真實系統(tǒng)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(dāng)作金屬絲纏繞。20世紀(jì)80年代的一項重****現(xiàn)導(dǎo)致超導(dǎo)體可以在比以前更高的溫度下工作，但需要更長的時間才能在現(xiàn)實世界中找到應(yīng)用，部分原因是這些材料是脆性陶瓷。

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那么，我們什么時候才能在現(xiàn)實世界中看到室溫超導(dǎo)體呢？

the Verge采訪過的專家都無法估計我們何時能夠看到革命性的室溫超導(dǎo)體在發(fā)揮作用。

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

我們?nèi)匀挥锌赡芸吹绞覝爻瑢?dǎo)體應(yīng)該帶來的一些東西，即使它從未被發(fā)現(xiàn)。想想效率極高的超導(dǎo)電網(wǎng)和更強大的醫(yī)學(xué)成像機器。這些發(fā)展可能取決于更多的漸進式改進，以使現(xiàn)有超導(dǎo)材料的制造成本更低，部署更容易。

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

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