原創(chuàng) | 文 BFT機器人

上周，全球物理學界迎來了一則令人震驚的消息：一支韓國科學家團隊宣布他們發(fā)現(xiàn)了全球首個室溫超導材料。這種材料被稱為“改性鉛磷灰石晶體結(jié)構(gòu)（下稱LK-99，一種摻雜銅的鉛磷灰石）”。這項研究引起了全球范圍內(nèi)的轟動，目前已有多個機構(gòu)和實驗室，包括北航、美國伯克利國家實驗室、中科院沈陽國家材料實驗室和印度國家實驗室，紛紛披露了相關(guān)的進展。

根據(jù)綜合的消息，LK-99可能存在超導相，但其含量非常低，只能在宏觀上觀測到微弱的抗磁性。如果含量稍微增加一些，可能會觀測到抗磁跳變曲線。但由于晶格的有效分散，很難觀測到邁斯納效應(yīng)。

華中科技大學研究團隊提供了一段視頻，展示了LK-99的邁斯納效應(yīng)。在視頻中，我們可以看到一塊LK-99材料被放置在磁鐵上后，竟然懸浮在空中。這種懸浮狀態(tài)是物體轉(zhuǎn)變?yōu)槌瑢w的典型特征之一，即邁斯納效應(yīng)。

來源：bilibili

在華中科技大學材料科學與技術(shù)學院，由常海欣教授指導，博士后武浩和博士研究生楊麗成功地首次驗證了在室溫下可以實現(xiàn)比Sukbae Lee樣品更大懸浮角度的LK-99晶體的磁懸浮。這一突破性進展有望實現(xiàn)真正的室溫非接觸超導磁懸浮的潛力。

來源：bilibili

論文地址：https://arxiv.org/pdf/2307.16040.pdf

論文中，研究人員利用第一原理計算研究了LK-99及其母體化合物的電子結(jié)構(gòu)進行了研究，旨在揭示銅的摻雜效應(yīng)。研究結(jié)果顯示，母體化合物是絕緣體，而銅的摻雜會導致絕緣體向金屬的轉(zhuǎn)變，并引起體積收縮。

在LK-99中，費米級附近的能帶結(jié)構(gòu)表現(xiàn)出一個半填充的平坦帶和一個完全填充的平坦帶。這兩個平坦帶是由1/4占據(jù)的O原子的2p軌道和Cu的3d軌道與其最近鄰O原子的2p軌道的混合形成的。但論文并沒有下定論該材料是否能超導。

01

美國國家實驗室：模擬發(fā)現(xiàn)存在超導特征

美國勞倫斯伯克利國家實驗室的研究人員也提交了一份arXiv論文，提供了關(guān)于室溫超導的理論支持。他們通過計算機模擬證明了室溫超導的理論存在，并指出了Cu摻混的積極作用。

論文地址：https://arxiv.org/pdf/2307.16892.pdf

02

怎么產(chǎn)生超導量子阱？

韓國團隊發(fā)表的論文中提到，Cu2+離子替換Pb2+離子在Pb(2)-磷酸鹽的絕緣網(wǎng)絡(luò)中會產(chǎn)生應(yīng)力并形成超導量子阱。

Cu2+離子比Pb2+離子更小，這導致了晶格的體積縮小。這種離子替換引起了網(wǎng)絡(luò)部分的應(yīng)力，從而導致微小的結(jié)構(gòu)畸變和應(yīng)變。這些應(yīng)力和應(yīng)變創(chuàng)造了一個電子態(tài)，促使超導性的出現(xiàn)。具體來說，應(yīng)力和應(yīng)變改變了材料的電子結(jié)構(gòu)，使其在室溫和常壓下表現(xiàn)出超導性。這種應(yīng)力誘導的超導量子阱的形成為超導性的出現(xiàn)提供了基礎(chǔ)。

03

超導材料有什么意義？

超導技術(shù)被認為是可能引發(fā)工業(yè)革命的最早技術(shù)之一，當提到這一點時，幾乎所有人會立即想到目前遠距離輸電中損耗15%電能的問題。

當今國際政治博弈中，能源和能源運輸是兩個重要焦點。從技術(shù)角度來看，能源最終轉(zhuǎn)化為電能，但成本問題仍是一個讓人頭痛的難題。因此，我們?nèi)匀灰蕾囀汀⒚禾?、天然氣等化石能源，因為遠距離電能傳輸非常困難。

電能傳輸不僅技術(shù)復雜，而且一旦距離超過幾千公里，傳輸變得非常困難。因此，發(fā)電區(qū)域和用電區(qū)域之間存在一定的限制。

如果超導材料得到成功應(yīng)用，那么與電能相關(guān)的所有設(shè)備都將刷新其性能！功率將大幅增加、能耗降低、結(jié)構(gòu)簡化，而且不會產(chǎn)生熱量。比如：數(shù)碼產(chǎn)品的待機時間將大大延長而且?guī)缀醪粫p壞。超導發(fā)電機的效率，一個能抵過去的十個，根本不用擔心用電問題，所有的工業(yè)變速裝置也將成為歷史。無論是哪國人發(fā)明的，都將改天換地，人民幸福指數(shù)直線上漲。

論文資料：[1] Lee, Sukbae, Jihoon Kim and Young‐Wan Kwon. “The Firs Room-Temperature Ambient-Pressure Superconductor.” (2023).

初稿 |?LJY

終稿?| 貓

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