室溫超導真來了嗎?“土法煉丹”論文復現詳解

7月25日,韓國學者公開了兩篇論文,聲稱發現常壓室溫超導體,在論文中詳細介紹了合成改性鉛磷灰石晶體結構(LK-99)的方法,並且放出了疑似驗證邁斯納效應的懸浮視頻,根據目前消息以及業界人士分析,可信度比上次美國迪亞斯的常溫超導要高得多,復現起來也相對更容易。



室溫超導

兩篇論文最早提交於上週六7月22日,因爲週末休息,三天後纔在arXiv上公開預印本,韓國科學家在全世界首次用化學方法合成了室溫常壓超導體——LK99(改性鉛-磷灰石晶體結構)。

在網絡上,LK-99材料磁性測試最早可以追溯到今年的1月26日,團隊大概率是半年前就已經有了大致的實驗方向,提前放出來佔坑,不過當時並沒有引起太多的注意。

在7月25日公開的第二篇論文中,詳細介紹了LK99的合成步驟,該方法相當簡單,許多普通實驗室都有能力製作LK99,這也被戲稱爲是煉丹術士的“土法煉丹”,AI屆調參煉丹造大模型,材料屆土法煉丹造室溫超導。



合成方法

第一步需要合成黃鉛礦Pb2(SO4)O,爲含鉛的硫化物,將氧化鉛PbO和硫酸鉛Pb(SO4)的粉末,以1:1的比例在瑪瑙研鉢中均勻混合,然後將樣品轉移到氧化鋁坩堝中,在 725 °C 的爐溫下反應24小時。24小時反應完成後,得到白色樣品,用研鉢粉碎。

Pb2(SO4)O = PbO + Pb(SO4)

第二步需要合成磷化亞銅晶體Cu3P,將銅粉和磷粉按各成分比例混合,然後將樣品轉移到試管中,並將試管密封在10的-5次方託真空下,在 550 °C 的爐中反應 48 小時。48小時後,從試管中取出,得到深灰色的鑄塊,並將其研磨成粉末。

第三步也是最關鍵的一步,將黃鉛礦和磷化亞銅粉末在坩堝中混合,。然後,將混合粉末密封在真空度爲真空度爲10的-3次方託的試管中,放置於 925°C 的爐中加熱5-20小時,在此過程中,混合粉末發生反應,並變成最終的 Pb(10-x)Cux(PO4)6O 材料,硫酸鉛PbSO4中的硫元素在反應過程中蒸發掉了。



邁斯納效應

7月26日凌晨3點,一則該超導材料樣品,在室溫大氣壓條件下的懸浮視頻也公開,可以看到多個角度實現懸停,疑似爲超導體邁斯納效應的懸浮現象。

1933年,瓦爾特·邁斯納發現,在有磁場的情況下,樣品被冷卻到超導轉變溫度以下時,超導體會出現對磁場的排斥現象,超導即零電阻,目前邁斯納效應和零電阻現象也是判定材料是否爲超導體的兩大要素。

論文團隊認爲,這種材料具備室溫超導性,主要有兩個因素,首先他們對超導樣品進行x射線衍射測量,並進行數據擬合,合成晶體具備六方結構,在銅替代鉛後,實現了絕緣體-金屬轉變,體積收縮了0.48%。



復現

其次,可以明確看到沿着C軸方向,形成了一維鏈(Pb2-O1/2-Pb2),這條鏈即爲超導鏈。這證明超導性是材料本身固有的性質,而非依賴於溫度和壓力等外部因素。

當樣品在上述超導轉變臨界溫度時,材料結構變形超導鏈。測試中,在30mA電流下用四探針法測量的電阻率,可以明顯看到在104.8℃(377.95K)附近出現超導轉變,在Tc以上時則顯示出金屬線性特徵,低於Tc時則表現出三種不同的行爲。

論文團隊認爲,通過觀察懸浮現象和零電阻率分析,他們已經證實了超導的存在,體積收縮超導鏈結構變形,從而增加的現場排斥庫侖相互作用,可能會導致超導現象。

從25日公開論文到現在纔剛過去一天多,按照整個製作流程大致需要近4天時間,而且實驗流程和環境並不算複雜,很多實驗室都能製作,也就是說這個週末很多實驗室就能復現出來,作爲喫瓜觀衆可以密切關注國內外各大實驗室的進度!


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