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韩国室温超导争议疑云始末

ChatGPT大模型热度刚刚下降,韩国、美国和我国的科学家们又因“室温超导”技能论题激起了科技圈新一轮的争议与重视。

北京时刻8月1日,美国劳伦斯伯克利国家试验室(LBNL)团队在arXiv渠道提交了一篇题为《铜替代磷酸铅磷灰石中相关孤立平带的来历》论文,运用超级核算机模仿发现铜替代磷灰石中的铅时引起结构畸变,其效果支撑一周前韩国科研团队发现室温超导体LK-99晶体的试验效果,晶格参数与此前试验效果相差1%。

这是全球*证明“常温常压超导体”理论可行的相关论文,为“室温超导”资料的技能研讨供给了新的方向和启示,有望推进千亿规划的室温超导工业运用开展。

一周前,韩国科研团队运用掺杂铜的铅磷灰石资料LK-99晶体称完成了“室温超导”现象,学术界则对此争议颇多,多个团队进行“复现狂潮”以证伪。

除了美国团队之外,8月1日下午,我国的华中科技大学资料学院团队也成功初次验证组成了能够磁悬浮的LK-99晶体,俄罗斯科学家Iris Alexandra也成功复现,但印度国家物理试验室团队两次复现均失利,我国科学院物理所、华中科技大学另一团队完成了未经证明的部分复现。

早在2020年《科学》杂志发文称,“总算,室温超导完成了”,但在之前,美国迪亚兹的“室温超导”试验却都无法完成复现,全体是失利的。

值得一提的是,8月2日有音讯称,韩国“室温超导”论文作者李硕裴(Sukbae Lee)表明,论文存在缺点,系团队中的一名成员、Young-Wan Kwon教授未经其他作者答应私行发布,现在团队正向arXiv要求下架论文。

风趣的是,ChatGPT之父、OpenAI CEO Sam Altman则直接发文吐槽:一个月前咱们重视的是马斯克(Elon Musk)和马克·扎克伯格的交际软件争斗,而现在,人们却因或许将具有一个真实的室温超导体而惊呆了。

受此音讯影响,资本商场相关概念股好像现已提早“欢腾”了。8月1日美股,风力涡轮机电子操控体系公司美国超导(NASDAQ:AMSC)一度涨超100%;而国内超导个股永鼎股份、法尔胜、百利电气上涨20%触及涨停板。

历经192个小时的“室温超导”争议和回转

揭露资料显现,室温超导体全称为超导电性,又称常温超导体,是指能够在高于0摄氏度的温度有超导现象的资料。而超导体的一个特性是“零电阻”,亦即电流经过期,没有由于遭到任何阻力而导致丢失,因而,这是一种革新性的资料。

多年来,寻觅一种无需极低温或许极高压就能够运用的超导体是超导界的一大愿望。

1908年,荷兰物理学家昂尼斯(Heike Kamerlingh Onnes)成功液化了氦气,并获得了挨近*零度的低温4.2K(约-269摄氏度)。

1911年,昂尼斯等人用液氮冷却金属汞时发现,汞的电阻在温度降至4.2K左右时急剧下降至消失,具有彻底导电性,1913年昂尼斯又发现锡和铅也和汞相同具有超导性,同年由于对物质在低温情况下性质的研讨以及液化氦气,昂内斯被颁发1913年诺贝尔物理学奖。

而超导的概念随之而来。

此前,超导体必须在极低温环境下作业,技能分类首要有四种:低温超导,需求在40K(约-233.15℃)以下液氮温度才干到达超导情况,常见低温超导体包含铌钛合金、铌铝合金等;金属超导,常见的金属超导体包含铅、铝、汞等,需求十分低的温度才干完成超导;铁基超导;铜氧化合物超导,是铜氧化物(cuprates)为首要成分的超导资料,优势在于超导改变温度相对较高,能够在液氨温度以上完成超导。

1987年,研讨人员发现了一种含铜的超导体,其作业温度为零下196摄氏度。后续试验终究将超导温度前进到-140摄氏度。

从学术界视点看,现在,全球并没有研宣布真实有用的室温超导体及资料,所以许多科学家开端不断试验,寻求全球*常温超导体以完成“革新性技能打破”,首要由于超导体被用于为粒子加快器和核磁共振设备中磁铁供给动力,它们是量子核算机的柱石,而量子核算机的功能终究或许超越世界上*的超级核算机,假如它们不需求冷藏然后更简略操作和制作,工业影响或许会更广泛。

2023年以来,首要有两个作业催化了“室温超导”引起广泛重视:美国迪亚兹室温超导效果争议,和韩国科研团队的试验。

本年3月7日,美国纽约罗切斯特大学物理学家朗加·迪亚兹(Ranga Dias)在美国物理学会年会上介绍研讨新进展,称团队创造出的超导可在室温文相对较低的压力下作业。

这不是迪亚斯*次将室温超导公之于世。2020年,迪亚斯发布论文称,现已在试验室将氢、碳和硫元素,在金刚石压腔中经过光化学组成简略的碳质硫氢化物(CSH),并将其超导临界温度提升至15°C。可是,Nature以为迪亚斯的数据处理方法有问题,其试验效果也未能成功复现,因而该篇论文以被撤稿告终。

而本年迪亚兹的最新论文声称,要在1万倍大气压下才干完成室温超导,但终究全球没有试验室完成该研讨的复现,暂时被证伪。

时隔四个月后的7月23日,韩国科学技能研讨院(KIST)量子动力研讨中心团队在未经同行评议的预印版论文渠道arXiv上发布了一篇题为“*室温常压超导体”的论文,描绘称试验发现了一种名为LK-99的新式室温超导体。该论文还伴跟着arXiv上的姊妹论文、一篇韩国期刊上的论文、一个获得超导体的证明视频以及一项专利申请。

其间,*篇(arXiv:2307.12008)的提交人是署名高丽大学教授Young-Wan Kwon,剩余两位署名作者为Sukbae Lee、Ji-Hoon Kim,到现在该室温超导论文进行了一次修订,论文共有22页;而第二篇(arXiv:2307.12037)的提交人是:Hyuntak Kim(来自威廉-玛丽学院),有六人署名。

钛媒体App了解到,上述两篇文章的内容大体相同,都是声称发现了*种室温常压超导体,其间第二篇文章内容更丰厚一些,供给了资料组成的具体办法,展现了磁悬浮现象,并更具体地估测了导致这种常温超导现象的机理。

LK-99晶体的超导现象进程(来历:论文)

论文显现,韩国科研团队在资料组成部分选用“改性铅磷灰石晶体结构(下称LK-99,一种掺杂铜的铅磷灰石)”,组成办法直接、简略、廉价,甚至能在常压下127摄氏度完成超导,研讨进程中心为以下三个进程:

*步:用摩尔比1:1的氧化铅和硫酸铅粉末在725摄氏度和10^-3Torr(真空度丈量)条件下发生固相化学反应,组成黄铅矾:

第二步:在550摄氏度和10^-3Torr条件下组成磷化亚铜(一、二步可独立进行):

第三步:一、二步的产品研磨成粉末后,在10^-3Torr条件下,加热到925摄氏度,组成掺Cu的铅-磷灰石(即LK-99)。

与迪亚兹效果后边的反应类似,由于韩国团队的试验进程简略直接,而且论文有部分过错信息,数据也不太全,缺少经验,特别电阻丈量给出的是不同温度下的IV曲线电流I太小了、电阻率丈量精度不行等,所以多位业界专家对此表明质疑。

据央视,南京大学超导物理和资料研讨中心主任闻海虎以为,韩国团队所展现的并非超导现象,而是“超导假象”,首要原因在于完成超导的零电阻、彻底抗磁性(迈斯纳效应)两个特性,论文效果并不彻底符合条件。

“论文想从三个方面阐明有超导:电阻丈量、磁化丈量和磁悬浮。

其间,电阻丈量一般运用“四探针法”,首要是该办法是触摸式比较安稳,但依据上一年他们宣布的韩国期刊文章看出,电极是用4个尖利的针尖丈量的,这种丈量有时分会出问题的,由于是针尖,所以触摸各个方面都有问题,可是它现在显现出来这个所谓电阻的数据,没有一个是十分安稳的噪音情况的零电阻,其数据跟着温度变来变去,所以数据仍是比较存疑的。

磁化数据确实看到抗磁,但其他资料抗磁性运用超导量子干与器材仪器丈量,假如信号大的时分一般是没有错的,假如信号小的时分有时分往往会给出这个假象。超导有它自身具有特定形状的磁滞回线,是任何其他资料没有的内容,但该文章中没有发现这个数据信息。所以在磁化丈量上,虽然有抗磁,这个抗磁自身是不是超导还不好说。

终究是磁悬浮。磁悬浮是第二类超导体一个典型的特征,在一个磁体上面当到达一个安稳态的时分,超导体和磁体之间是安稳的,而且它是压进和把它拿开都是不简略的,都要用力的,现在它显现的磁悬浮不太像超导的磁悬浮,而是有某种抗磁性 重力一个平衡今后所到达的磁悬浮态。

所以我感觉从这三点看的话,现在没有激烈的依据阐明它是超导。”闻海虎表明。

牛津资料科学教授Susannah Speller以为,“现在还为时过早,咱们还没有得到这些样本超导性的有力依据”,由于缺少超导性的清晰标志,如磁场响应和热容量。其他专家也对数据或许被“试验进程中的过错和LK-99样本的缺点”解说表明忧虑。

值得注意的是,该研讨作业是由Sukbae Lee和Jihoon Kim两位韩国科学家主导,两位都结业于高丽大学化学系。所谓LK-99,LK其实就是这两位科学家姓的首字母,而99则是他们信任找到这种资料的时刻(1999),甚至他们还成立了一家量子动力研讨中心(Q-Center)来运作该超导体制备试验。

可是,*篇的三位论文作者之间并未达成协议,发生了“内讧”。

据韩联社7月28日报导,Sukbae Lee电话表明,Young-Wan Kwon教授未经其他作者答应,私行将其宣布在arXiv中,并坚称自己“要求将论文下架”。他还泄漏,研讨教授Kwon曾担任量子动力研讨所的首席技能官(CTO),但他在四个月前辞去董事职务,现在与公司没有关系。

另据高丽大学一位人士称,Kwon教授现已与校园失去了联络。

Jihoon Kim博士则表明“这两篇论文存在许多缺点,是未经他答应宣布的”。据悉,此前Sukbae Lee, Jihoon Kim和Young-Wan Kwon曾期望该论文申请到Nature 宣布,但被拒绝了,而三人申请了专利,专利在2023年3月获得经过并揭露。

可是,论文发布八天(192个小时)后的今日,作业发生了回转,中 美俄科学家同日成功复现“室温超导体”。

8月1日,arXiv渠道至少发布了四篇关于超导体的论文,其间一篇就是美国劳伦斯伯克利国家试验室(LBNL)纳米结构资料理论研讨员西妮德·格里芬(Sinéad Griffin)的论文,其团队对韩国团队试验进行复现,效果发现LK-99晶体能够完成“室温超导”。

论文显现,格里芬团队运用美国动力部的超级核算机进行了模仿,经过密度泛函理论(DFT)和GGA U办法进行了核算,发现当铜替代磷灰石中的铅时引起了结构畸变,然后导致费米能级的孤立平带 (已知高温超导体的常见标志),即存在超导体宗族中高改变温度的一同特征。一切核算效果均与韩国LK-99晶体试验效果类似,晶格参数与试验效果相差1%。

这一试验效果为近期韩国团队所谓的“室温常压超导资料”供给了理论依据,给超导资料的研讨供给了新的方向和启示。

据悉,LBNL隶属于美国动力部的国家试验室,1931年树立至今共培养了15位诺贝尔奖得主。据Nature Index,该试验室在物理和化学范畴的影响力排名世界*。

论文中说到,其经过超级核算机模仿进程中,运用一种密度泛函理论核算,并展现了核算出的自旋极化电子结构。终究理论效果表明,韩国团队的LK-99资料在理论层面上确实有或许具有“室温超导”的特性。不过,这需求铜渗透到分子中特定的方位才干完成超导,这意味着该资料要在实际中进行组成制备具有较高的难度。

不止于此,美东时刻周一(7月31日),美国佛罗里达州的一家公司泰吉量子(Taj Quantum)也声称研宣布室温超导体,而且已获得专利。

其首席执行官Paul Lilly表明,他们的超导资料是一种石墨烯资料的II型超导体,能够在常压下作业,但这家公司没有发布任何试验数据或许论文来证明他们的超导资料的功能和原理,也没有其他科学家仿制或许验证他们的试验。

俄罗斯方面,俄罗斯科学家Iris Alexandra成功制备出了具有常温抗磁性的LK-99晶体,而常温抗磁性正是超导晶体的标志之一,其效果在twitter上发布。

此外,8月1日,我国科学家也成功复现了韩国团队的试验。

经华中科技大学常海欣教授承认,B站UP主“关山口男人技师” 1日上传一个关于LK99验证的视频,展现了一块几十微米的样品,运用汝铁硼磁铁放在资料下,NS极均能够让资料展现抗磁性。

视频称,该研讨是华中科技大学资料学院常海欣教授指导下,博士后武浩、博士生杨丽验证组成了能够磁悬浮的LK-99晶体。该晶体悬浮的视点比韩国量子动力研讨中心Sukbae Lee等人获得的样品磁悬浮视点更大,有望完成真实含义的无触摸超导磁悬浮。

到钛媒体APP发稿前,视频总播映次数现已超越150万,并获得华中科技大学B站官方账号点赞,哔哩哔哩董事长陈睿也在谈论区留言:“牛(3个大拇指)”。

不过,除了上述这些论文,依据网友揭露试验数据和视频称,重复试验中组成的LK-99表现出必定的抗磁性,但未观察到超导现象或超导磁悬浮现象。

我国科学院金属研讨所孙岩表明,他们首要进行了理论核算,从核算效果来看,LK-99有室温超导的或许性,“可是不confirm(不是证明)”。而北京航空航天大学资料科学与工程学院研讨团队对组成的LK-99检测发现,它的室温电阻不为零,也没有观察到它发生磁悬浮。

总结来说,韩国团队的LK-99室温超导体试验,在理论上是可行的,但组成难度极高、复现几率太小。成功复现磁悬浮只能证明LK-99具有必定的抗磁性,并不能证明它具有韩国团队声称的室温超导特征。

室温超导意味着什么?

工业链上下流有哪些?

事实上,“室温超导”技能的重要性在于:假如一个超导体可在常温常压下就完成超导效果,然后能处理全世界能耗问题、开发速度更快的电脑、用在先进的贮存设备、超活络的感测器,以及许多其他的或许性。

例如,医院里边用的核磁成像设备就将不需求用任何低温制冷液体,运用价格十分廉价;大型高功能核算芯片或不再需求忧虑低温散热问题,核算容量也会前进;能够用室温超导体做出更安全更环保的磁悬浮列车和飞机。

室温超导技能还将引发一场工业革新,新动力、量子核算等重要范畴都会因而有腾跃式的开展。

浙商证券指出,室温常压超导的完成有望引领新一轮工业革新。本年以来,室温常压超导范畴频发打破性研讨效果,每一次都引起全球科学家的重视,究其原因,就是室温超导的完成将深入革新现在的动力体系、信息处理与传输体系,并在医疗检测、高速交通甚至可控核聚变等许多范畴带来前进。虽然现在相关技能仍不老练牢靠,但每一点技能革新的或许都值得继续重视。

天风世界分析师郭明錤 (Ming-Chi Kuo)表明,常温常压超导体商业化的时程并没有任何能见度,但未来若能够顺畅商业化,将对核算机与消费电子范畴的产品设计有推翻性的影响。核算机与消费电子的技能与资料立异,都是为了要完成高速核算、高频高速传输、小型化等要求,而超导情况(电阻消失) 特性将会推翻既有的产品设计与资料/技能选用,如:不再需求散热体系、光纤/高阶CCL被替代、先进制程门槛降低一级,让即就是小如iPhone的设备,都能具有与量子电脑对抗的核算才能。

此外,“室温超导”范畴多个作业也引发了二级商场的重视。国内股市方面,法尔胜已5天3板,金徽股份3天2板,百利电气、立异新材、国缆检测、豫光金铅等多股涨停。而美股美国超导在连涨三日后,周二盘前再涨超100%,之前一度涨超140%。

钛媒体App经过思想导图方法,简略梳理了超导资料的根本逻辑以及工业链布局。

工业链来看,超导职业现已工业化的首要是高温文低温超导,其间低温超导是上世纪80年代就现已工业化,包含磁共振等,但液氦贵重且需进口。而超导体上游包含超导原资料、超导制作设备,包含上海超导、西部超导、联创光电等,中游包含超导器材等,下流电网、动力、核聚变等相关范畴都有未来开展潜力。

职业空间上,下流运用空间能够到达千亿规划。别的,室温超导的呈现对高温低温或许会有要挟,但由于室温量产没有那么快,高温文低温开展空间仍是很大,且假如室温超导真的量产,上游带材也会跟进。

对此,西部超导回应称,公司现在是国内*、世界先进的超导资料、超导磁体、高端钵合金、高功能高温合金立异研产出产企业;永鼎股份称,超导电力是公司要点开展事务之一,公司超导事务开展迅速,利润率较好,工业化落地进入加快期。公司主营产品是第二代高温超导带材及其运用设备,以及超导 (通用)电气产品;雷尔伟称,现在高温超导电动悬浮技能处于试验阶段等。

现在来看,韩国、美国的科学家的“室温超导”试验室制备和复现进程,都离工业运用还有很大间隔。但“室温超导”的效果在基础科学范畴中确实是很巨大、革新性的技能打破。咱们都期望这个试验效果是真的。

中科创星开创合伙人米磊表明,超导技能门槛高、工业化周期长,这两年跟着高温超导、小型化聚变设备等技能发生新的打破,创业项目越来越多。他以为,未来60年的动力革新确实依托的是超导资料的打破,但他也坦承,室温超导首先得处理在试验室阶段被证明的问题。

诺贝尔物理学奖得主、美国理论物理学家理查德·费曼(Richard Feynman)曾在《物理学讲义》超导一章的终究写道:“咱们正在十分精巧的水准上获得对自然界的操控,但很惋惜,要参与这项冒险活动,赶快学习量子力学是十分有必要的。”

那么,现在请让“室温超导”再飞一瞬间,全世界一同等候21世纪的“超导年代”真实到来。