改变世界!华科博士展示全球首个常温超导材料特性(组图)
上周,韩国科学家发布了一篇有关常温常压超导体LK-99的论文,掀起了全球复现狂潮。
本周,终于到了出结果的时候了!
就在昨天,中美俄三国的实验室于同日复现出了LK-99超导晶体,并发现其确实具有抗磁性,这增加了LK-99是常温超导体的可能性。
如果后续的检测进一步证实,那么人类即将迎来第一个可合成的常温超导体材料,而其影响将不亚于图灵制作计算机、奥本海默发明原子弹。
01
B站公布LK-99复现成果
材料的抗磁性被证实
8月1日,B站up主“关山口男子技师”首发视频宣布:他们已合成了可以磁悬浮的LK-99晶体。
视频中,可以看到,此次合成的LK-99肉眼看来,只不过是白纸上的一个小黑点,不仔细看,很难注意到。
所指黑点就是此次合成的LK-99
随后,up主将其放到了显微镜下观察。通过电子屏可以看到,LK-99依旧十分微小,但其轮廓和表面的一部分纹路勉强能够看清了。
很难想象引发全世界关注,蕴藏着扭转人类社会进程巨大能量的常温超导体,竟会是这样一块不起眼的、表面满是坑洼、粗糙不堪的材料。
三角形块状物便是放大后的LK-99
接下来,up主把一个钕铁硼磁体放到材料的下面。
历史性的时刻来了!块状的材料在磁体接近时立了起来,并且up主拿磁体重复靠近,确定了这一现象是受到手中磁体的影响。
随后,为了排除该材料也是磁体的可能性,up主将手中的钕铁硼磁体更换磁极进行反复测试。样品依旧发生与之前一样的排斥现象,并不存在哪一个角度能够与钕铁硼磁体发生吸引的现象。
由此证明,该材料具有抗磁性,而这是超导体的特征之一。
并且,该样本材料悬浮的角度比韩国量子能源研究中心获得的样品磁悬浮角度更大,有望实现真正意义的无接触超导磁悬浮。
韩国科研团队发布的材料测试视频
关于视频内容的真实性,B站的up主简介显示,发布该视频的up主就读于华中科技大学,而经过后续的网友们的多方查证,其所在的团队是由华中科技大学材料学院教授常海欣带领,成员是博士后武浩、博士生杨丽。
不过,要想证实是否是超导材料,光有抗磁性还不够,其必须要满足三个条件:完全电导性(0电阻)、完全抗磁性、通量量子化。目前,“LK-99”的实验室复现只验证了其具有抗磁性,还没验证“完全抗磁性”,其他两个特性也还未真正得到验证。
因此,视频发布者本人虽然对复现的结果十分欣喜,但也一再强调要先“claim(冷静)一下”,等待后续的科学验证。
目前,作为第一发现者的韩国也在不断地复现实验结果,进行进一步的研究检验。而国际上,各大科研机构也还没有一锤定音的结论。
常温超导体是否为真还有待观望。
02
常温超导体
究竟有多大本领?
就像很多重大科学发明一样,超导现象的发现其实也是一个意外产物。
人类最初发现超导体是在1911年,由荷兰科学家海克·卡末林·昂内斯(Heike Kamerlingh Onnes)发现。其本人被誉为是“零度先生”,曾因“对低温下物质特性的研究,特别是导致了液氦的产生”而获得1913年诺贝尔物理学奖。
而超导现象的发现也是其在研究低温状态下金属特性时的一次偶然。在1911年,昂内斯测量了纯金属(汞,后来是锡和铅)在极低温度下的电导率,从而发现了金属的电阻会随着温度的降低而稳步下降甚至降至零,这就是举世震惊的超导现象。
所谓的超导体其实就是指在特定温度下,电阻为0的导体。
电阻为0,则意味着电流通过导体时,损耗的能量会非常的小,甚至是没有损耗。
什么概念呢?最直观的例子就是,玩手机不会发烫。
手机发烫的原因很大程度上是因为芯片存在电阻,大量电流通过时,电阻会损耗能量,而被损耗的能量将会以热量的形式传递。
若芯片改用超导材料,则损耗的能量变小,产生的热量也小,手机发烫的问题自然迎刃而解。
当然,这只是超导体一个微观的应用。
从宏观来看,超导体还能节省远距离输电的成本,增强电力的利用率。在我国用电基数如此庞大,地域跨度如此之远的情况下,超导体的应用势必能节约很大的供电成本。
除了节能、提高能源利用率外,在交通行业,超导材料可以用于制造无损耗的电动机和发电机,这将极大地提高电动车和电动飞机的性能和效率。
此外,超导材料还可以用于制造磁悬浮列车,这将极大地提高列车的速度和效率。
在医疗设备方面,超导材料可以用于制造高性能的医疗设备,如磁共振成像(MRI)设备,将极大地提高医疗设备的性能和精度。
总而言之,现代文明是建立于电力之上的,而超导体是电力的重要载体,其意义自然非同凡响,说超导体是现代文明进化的血脉,是人类社会跃升的阶梯也不为过。
值得一提的是,以往的超导体往往都需要在零下几十度的极低温条件下,才能发生超导现象。而本次韩国科研团队发表的论文却称,LK-99晶体在正常大气环境下可在127摄氏度以下实现超导。这意味着超导体能够在日常条件下工作,也是该论文引发关注的原因。
03
常温超导体
究竟是不是真的?
了解了常温超导体的重要性,那么其真实性便成了大家最为关注的内容。
常温超导体究竟是不是真的?
各方人士其实都分享了自己的意见,但整体而言,科学的事情最终还是需要以科学的方式解决。尤其是针对常温超导体这样关系人类命运的重要技术成果,更需要慎之又慎,小心求证。
不过,在全世界都在为LK-99表露的部分超导体特性欣喜狂欢之际,我们不妨回顾一下事件中的一些争议。
首先便是韩国科研团队发布的这篇论文,目前还只是预印本,预印本的意思就是没有经过同行审稿的,他们只是在学术预印本平台arXiv上传了而已,可信度还有待检验。
毕竟之前3月的时候,罗切斯特大学的Ranga Dias教授同样宣称自己实现了室温超导,但仅仅两个月以后,就被南京大学闻海虎教授团队发表论文推翻了。而Dias事先还是在权威自然科学期刊《Nature》上发表论文,通过专业评审审核,并在美国物理学会3月会议上做了正式的学术报告的。
而且细看文章会发现,预印本文章的标题直接就叫做《第一个室温常压超导体》(The First Room-Temperature Ambient-Pressure Superconductor),论文摘要第一句:“全世界第一次,我们成功地合成了室温常压超导体(临界温度超过400 K,即127℃)……”
稍微经受过学术训练的人都会意识到,这样的表述存在极大的问题。学术研究是要客观、准确,但这样的标题和文章摘要,着实有点兴奋地“失态”了。或许是考虑到了这一点,在发了第一篇预印本之后仅两个半小时,他们又上传了一篇预印本。
这第二篇文章的标题叫做《Pb-Cu-PO4超导体在常温常压下实现悬浮及其机理》(Superconductor Pb10−xCux(PO4)6O showing levitation at room temperature and atmospheric pressure and mechanism),看上去学术味确实浓厚了不少。
但是,这也并没有得到学术界人士的完全认可。
中国科学院科学传播研究中心副主任、中国科学技术大学科技传播系副主任袁岗峰也在近期的采访中表达了自己的看法,“关于最近韩国科学家宣称的室温常压超导,我最基本的结论是,这些韩国科学家的数据不足以支撑自己的宣称,实际上没有任何零电阻的证据,他们错把一个没有超导的材料当成了超导。”
其次,从目前的复现实验结果来看,合成的过程确实是可行的,但是材料只是证明了有抗磁性,但和完全抗磁性之间是两个概念,直观来看,便是合成材料并未完全悬浮。
之前,网上有段很火的大学教授在课堂的演示视频,其演示的便是超导现象,可以看到,超导体是能够实现完全无接触悬浮的。
当然,这不排除是纯度问题。但电阻为零和通量量子化仍未检验,因此,是否是超导体,仍需进一步观望。
上海市超导材料及系统工程研究中心主任、超导应用研究专家洪智勇表示,从目前呈现的数据来看,他们还只是通过合成和掺杂,在本应不具备明显电磁特性的铅磷灰石化合物中,发现在室温下具有了一定的导电性和弱抗磁性,但是这个导电性还弱于铜、银等金属导体,这是一个有趣的物理现象,但实验结果离证明样品是超导体或者说样品中含有超导成分还相差甚远。