Supraleitung bei Raumtemperatur erstmals erfolgreich reproduziert? Das inländische Experiment verbreitet sich weltweit über den Bildschirm und das koreanische Team möchte das Papier entfernen, also seien Sie nicht zu aufgeregt

Am 23. Juli lud ein südkoreanisches Forschungsteam zwei Artikel auf die Preprint-Website arXiv hoch und behauptete, dass es bei Normaldruck und Normaltemperatur Supraleitung erreicht habe, wobei die kritische Temperatur 400 K (etwa 127 °C) übersteige.

Sobald die Nachricht bekannt wurde, herrschte Aufruhr, und wissenschaftliche Forschungsteams aus verschiedenen Ländern beteiligten sich am Wiederauftauchen des „Handreibens“-Experimentes zur Supraleitung bei Normaldruck und Normaltemperatur.

Nach mehreren wiederholten „Sit-Ups“-Experimenten waren Wu Hao, Postdoktorand an der Fakultät für Materialwissenschaft und -technologie der Huazhong-Universität für Wissenschaft und Technologie, und Yang Li, ein Doktorand, unter der Leitung von Professor Chang Haixin erfolgreich verifizierte und synthetisierte zum ersten Mal den LK-99-Kristall, der magnetisch schweben kann. Der Schwebewinkel ist größer als der vom koreanischen wissenschaftlichen Forschungsteam ermittelte magnetische Schwebewinkel der Probe, und es wird erwartet, dass er den echten berührungslosen supraleitenden Magnetismus realisiert Levitation.

Die Forscher bewegten einen kleinen Magneten unter die Probe, um zu sehen, ob die Probe magnetisch schwebte. Die experimentellen Ergebnisse zeigen, dass sich die Proben unter den beiden Polen des Magneten gegenseitig abstoßen.

Vor Ablauf der Frist erreichte die Zahl der Aufrufe des Videos auf Station B 7,1 Millionen, Tendenz steigend. Es scheint, dass sich die Gänge im beruflichen Schicksal der vier großen Tiankengs noch einmal drehen werden.

„Alchemie“ zur Verfeinerung von Supraleitern?

Tatsächlich stellten viele Forscher das Papier seit der Veröffentlichung des Papiers aufgrund der schockierenden experimentellen Schlussfolgerungen zum ersten Mal in Frage.

Susannah Speller, Professorin für Materialwissenschaften in Oxford, sagte: „Es ist noch am Anfang und wir haben keine eindeutigen Beweise für Supraleitung in diesen Proben.“

Michael Norman, theoretischer Physiker am Argonne National Laboratory in den USA, kritisierte scharf: „Die Art und Weise, wie sie Experimente durchführen, ähnelt eher denen von Amateuren.“

Professor Wen Haihu von der Universität Nanjing sagte in einem Interview ebenfalls beschönigend: „Derzeit gibt es keine eindeutigen Beweise dafür, dass es sich bei Raumtemperatur und -druck um ein supraleitendes Material handelt. Wenn Sie die Echtheit überprüfen möchten, müssen Sie auf die experimentellen Ergebnisse warten.“ des wissenschaftlichen Forschungsteams zu beurteilen.“

Im Gegensatz zur konventionellen Supraleitung muss die Normaldruck- und Raumtemperatur-Supraleitung mehrere Bedingungen erfüllen. Ein einfaches Verständnis ist hohe Temperatur (kann bei Raumtemperatur supraleitend sein), Stabilität (behält unter normalem Atmosphärendruck einen supraleitenden Zustand bei und verliert die Supraleitung, ohne durch äußere Bedingungen beeinträchtigt zu werden) und ist einfach herzustellen (hergestellt mit herkömmlichen Methoden, ohne dass eine Verwendung erforderlich ist). aufgrund besonderer Ausstattung oder Bedingungen).

Interessanterweise sind auch die Wiederauftauchergebnisse wissenschaftlicher Forschungsteams in verschiedenen Ländern unterschiedlich.

Das Forschungsteam der Universität Beihang nutzte die Widerstandstestmethode, um die Supraleitung der Proben zu überprüfen. Die Ergebnisse zeigten, dass die von ihnen synthetisierte Probe zwar vollständig mit der zuvor vom südkoreanischen Team veröffentlichten chemischen Formel von LK-99 übereinstimmte, sie jedoch keine offensichtlichen supraleitenden Phänomene in der Probe beobachteten und sogar halbleiterähnliche Eigenschaften aufwiesen.

Sun Yue, Professor an der Southeast University, kündigte den gesamten Prozess der Reproduktion des supraleitenden Experiments bei normalem Druck und normaler Temperatur auf dem Kanal „Scientific Investigation Bureau“ von Station B an. Die Ergebnisse zeigten, dass die Probe einen schwachen Diamagnetismus aufwies, aber keine Supraleitung Phänomen der Magnetschwebebahn.

Obwohl ein anderer Teil des wissenschaftlichen Forschungsteams behauptete, den Diamagnetismus von LK-99 zu reproduzieren, ist „Diamagnetismus“ nur eine notwendige, aber nicht hinreichende Bedingung für Supraleitermaterialien. Mit anderen Worten: Supraleitermaterialien haben „Diamagnetismus“, „Diamagnetismus“ jedoch nicht Es handelt sich zwangsläufig um einen Supraleiter, und die perfekte Verwirklichung des Nullwiderstands bei normalem Druck und normaler Temperatur ist ebenfalls einer der Schwerpunkte, die Aufmerksamkeit verdienen.

Wie oben erwähnt, hat das Team von Professor Chang Haixin von der Huazhong University of Science and Technology zwar den LK-99-Kristall verifiziert und synthetisiert, der erstmals magnetische Levitation realisieren kann, die Supraleitung und Flussquantisierung müssen jedoch noch verifiziert werden.

Einige Forschungsteams glauben jedoch, dass LK-99 ein Supraleiter sein könnte.

Das Lawrence Berkeley National Laboratory der Vereinigten Staaten hat den theoretischen Mechanismus von LK-99 durch Computersimulation verifiziert und geht davon aus, dass LK-99 bei Raumtemperatur und Umgebungsdruck zu einem Supraleiter werden könnte.

Die Ergebnisse von Computersimulationen zeigen, dass der elektronische Energiezustand von Kupfer eine flache, schmale bandförmige Verteilung annimmt, nachdem Kupferatome einen Teil der Bleiatome im Apatitmaterial ersetzt haben, was Wissenschaftlern zufolge ein wichtiges Signal für die Verwirklichung von Hochenergie ist -Temperatur-Supraleitung. Das wissenschaftliche Forschungsteam stellte außerdem fest, dass die Berechnungsergebnisse zeigen, dass kupferdotierter Apatit viele Bedingungen aufweist, die die Supraleitung begünstigen, sodass die Ergebnisse als vielversprechend gelten.

Angesichts verschiedener Zweifel sagte Hyun-Tak Kim, der dritte Autor des zweiten Papiers des koreanischen wissenschaftlichen Forschungsteams, in einem Interview mit den „Daily Economic News“, dass sein Team zuvor einen Fehler in dem Papier entdeckt habe, der wurde mittlerweile überarbeitet. Er fügte hinzu: „Das hergestellte supraleitende Material LK-99 bei Atmosphärendruck und normaler Temperatur kann innerhalb eines Monats reproduziert werden.“

Es wird auch berichtet, dass das südkoreanische Forschungsteam den Schlüsselprozess möglicherweise aufgrund interner Unruhen und Konflikte verborgen hat, sodass der supraleitende Gehalt der Proben im aktuellen Reproduktionsexperiment relativ nicht so hoch ist.

Scharfäugige Internetnutzer haben die Details des Glühens und Abkühlens aufgegriffen, die das koreanische Team vermutlich in einem Artikel „High Tc Oxide Supraconductor with Infinite Layer Structure“ versteckt hat.

Seine Analyse zeigte, dass eine stabile interne Hochspannung dafür sorgen kann, dass sich die internen Elektronen geordnet und schnell bewegen, was eine notwendige Umgebung für Supraleitung ist.

In unzähligen Experimenten entdeckte Kim, ein Mitglied des südkoreanischen wissenschaftlichen Forschungsteams, zufällig, dass das Quarzrohr, das die Probe enthielt, zu einem bestimmten Zeitpunkt nach der Entnahme aus dem Ofen Risse bekam und zu diesem Zeitpunkt Sauerstoff eingeführt wurde supraleitendes Endprodukt.

Derzeit tauchen nacheinander Neuigkeiten zu LK-99 auf. Ob LK-99 der Schlüssel zur Erschließung menschlicher Technologie ist, erfordert mehr Zeit für eine sorgfältige Demonstration. Seien Sie also bitte nicht zu nervös. Niemand wird ausfliegen, wenn Du wachst morgen auf. Milchstraße.

Es lässt sich nicht leugnen, dass das supraleitende Material bei Normaldruck und Normaltemperatur, sobald es verfügbar ist, eine weitreichende Bedeutung haben wird, nicht weniger als die Einleitung einer neuen Runde der industriellen Revolution.

Beispielsweise kann im Energiebereich der Einsatz supraleitender Materialien bei Normaldruck und Normaltemperatur die Effizienz von Stromübertragungsnetzen verbessern, einen effizienteren Betrieb erneuerbarer Geräte wie supraleitender Generatoren und Windturbinen fördern und Energieverluste reduzieren;

Im Transportbereich können die Nullwiderstandseigenschaften supraleitender Materialien in effizienten Magnetschwebebahnsystemen genutzt werden, um einen schnelleren und energieeffizienteren Transport zu erreichen;

Im Bereich der medizinischen und wissenschaftlichen Forschung kann die Anwendung der Supraleitung bei normaler Temperatur und normalem Druck auch die Entwicklung der Magnetresonanztomographie (MRT) und anderer medizinischer Bildgebungstechnologien sowie die Herstellung fortschrittlicher Magnete und Detektoren für die wissenschaftliche Forschung fördern.

Wenn unser Gehirn größer ist, werden supraleitende Eigenschaften auch das bestehende Produktdesign und die Material-/Technologieakzeptanz untergraben, es ist kein Kühlsystem mehr erforderlich, optische Fasern/hochwertiges CCL werden ersetzt usw., selbst wenn es so klein wie ein iPhone ist Auch Mobiltelefone können über eine mit Quantencomputern vergleichbare Rechenleistung verfügen.

Aber verstehen Sie vorher wirklich, was Supraleitung ist?

Warum ist die Supraleitung bei Raumtemperatur der „heilige Gral der Physik“?

Im Jahr 1911 senkte der Wissenschaftler Onnes das Edelgas Helium auf eine niedrige Temperatur von 4,2 K (ca. -270 °C), verflüssigte das Helium und verwendete dann flüssiges Helium zur Behandlung von metallischem Quecksilber. Zu dieser Zeit maß Onnes den Widerstand von Quecksilber und fanden heraus, dass der Widerstand des Metalls mit sinkender Temperatur allmählich abnimmt, dann plötzlich verschwindet und 0 wird und zu einem supraleitenden Material wird. Später nannten die Menschen dieses Phänomen Supraleitung.

Das ist die Geschichte der Physik, die jeder mit neun Pflichtschuljahren gehört hat. Wenn jeder Physiklehrer über das Kapitel Supraleitung spricht, leuchten seine Augen. Wie ein Missionar beschreibt er den Schülern die Bedeutung der Supraleitung und die glänzende Zukunft nach der Verwirklichung der Supraleitung bei Raumtemperatur, damit die Geschichte der Supraleitung weitergegeben werden kann von Generation zu Generation. .

In gewisser Weise besitzt die Supraleitung die wesentlichen Elemente eines Märchens, das heißt außergewöhnliche antirealistische Handlungen und fast übertriebene Beschreibungen – 0-Widerstand widerspricht dem gesunden Menschenverstand, und die extrem harten Vorbereitungsbedingungen fügen Mysterium hinzu, ganz zu schweigen davon, dass die Die Verwirklichung der Supraleitung wird einen echten Einfluss auf die Menschen haben.

Die Überlagerung dieser verschiedenen Faktoren macht Supraleitung zu einem der am leichtesten zu durchbrechenden physikalischen Grenzkonzepte, und ihr Ausbreitungswiderstand ist viel geringer als der von „ungewöhnlichen“ Begriffen wie dem Higgs-Boson, Gravitationswellen und Dunkler Materie. Wenn wir jedoch diskutieren wollen, was Supraleitung ist und was das Prinzip der Supraleitung ist, berührt dies möglicherweise den blinden Fleck des Wissens der meisten Menschen.

Um diese Frage zu beantworten, müssen wir zunächst herausfinden, wie Widerstand erzeugt wird.

Nehmen wir als Beispiel Metall: Im Inneren des Metalls befindet sich ein positiv geladenes Gitter, und die äußere Schicht besteht aus frei beweglichen Elektronen. Wenn wir ein elektrisches Feld anlegen, erzeugt der Prozess der Bewegung freier Elektronen einen Strom.

Bei diesem Vorgang treffen möglicherweise einige freie Elektronen auf das Kristallgitter, übertragen einen Teil der Energie auf das Gitter und das Gitter vibriert erneut, um Wärme zu erzeugen. Dies ist der gesamte Prozess der Widerstandserwärmung.

Bevor Onnes das Phänomen der Supraleitung entdeckte, diskutierte die wissenschaftliche Gemeinschaft über die Faktoren, die den Widerstand beeinflussen. Der Wissenschaftler Matheson glaubte, dass, wenn die Temperatur des Leiters tief genug sinkt, die Schwingung des Kristallgitters schwächer wird und der Widerstand sinkt, aber nicht auf 0 fallen. Ein anderer Wissenschaftler, Kelvin, glaubt, dass bei sinkender Temperatur zunächst der Widerstand abnimmt und dann bei einer bestimmten Temperatur der Widerstand wieder ansteigt, denn wenn die Temperatur zu niedrig ist, werden auch die Elektronen „eingefroren“ und Ihre Bewegung ist begrenzt.

Der Wissenschaftler Dewar glaubt, dass der Widerstand mit sinkender Temperatur allmählich auf 0 sinkt, und schließlich beweist Onnes‘ Experiment, dass Dewars Standpunkt richtig ist.

Um tatsächlich zu untersuchen, ob der Widerstand von Supraleitern tatsächlich auf 0 fällt oder ob der Widerstand so klein ist, dass das Instrument ihn nicht messen kann, haben Wissenschaftler viele experimentelle Untersuchungen durchgeführt, um dies zu beweisen, und wir werden es hier nicht wiederholen.

Was ich hier betonen möchte, ist, dass das Phänomen der Supraleitung zwar leicht zu verstehen ist, die Erforschung der Supraleitung nach Hunderten von Jahren jedoch eine sehr strenge und tiefgreifende akademische Arbeit ist. Wenn Sie ohne ausreichende Beweismaterialien zu voreiligen Schlussfolgerungen gelangen, können Sie sogar davon profitieren Wenn wir uns des Themas widmen, wird das Wort „Supraleitung“ nur zu einem akademischen Begriff, der in der Zivilwissenschaft übermäßig häufig verwendet wird, wie z. B. Infrarot und Quanten.

Im Jahr 1933 entdeckte der Wissenschaftler Meissner ein weiteres wichtiges Phänomen der Supraleiter: Supraleiter sind vollständig diamagnetisch, was auch als Meissner-Effekt bezeichnet werden kann.

Gewöhnliche Objekte, die sich in einem Magnetfeld befinden, können vom Magnetfeld durchdrungen werden. Wenn jedoch ein Supraleiter in ein Magnetfeld gebracht wird, stellt man fest, dass das Magnetfeld vollständig isoliert (Supraleiter Typ I) oder teilweise von außen isoliert (Typ II) ist Supraleiter), der einen starken magnetischen Widerstand aufweist.

Es gibt Theorien, die erklären, dass dies darauf zurückzuführen ist, dass im Inneren des Supraleiters ein Strom erzeugt wird und dadurch ein Magnetfeld entsteht, das das äußere Magnetfeld aufhebt, sodass Diamagnetismus erreicht werden kann.

Es ist erwähnenswert, dass Diamagnetismus kein einzigartiges Merkmal von Supraleitern ist. Materialien wie pyrolytischer Graphit weisen ebenfalls Diamagnetismus auf. Daher ist die Messung des Materialwiderstands die genaueste Methode zur Überprüfung supraleitender Materialien.

1957 stellten die drei Wissenschaftler Bardeen, Cooper und Schrieffer die berühmte BCS-Theorie vor, um das Phänomen der Supraleitung zu erklären.

Die BCS-Theorie geht davon aus, dass bei niedrigen Temperaturen eine gegenseitige Anziehung zwischen Elektronen in Materialien besteht und diese Anziehung zu einem besonderen Paarungszustand von Elektronen führt, den sogenannten Cooper-Paaren.

Unter normalen Bedingungen kollidieren Elektronen miteinander und verursachen elektrischen Widerstand. Aber im supraleitenden Zustand bewegen sich die von diesen Elektronenclustern gebildeten Cooper-Paare nicht zufällig wie einzelne Elektronen, sondern bewegen sich kooperativ auf kollektive Weise.

Zu diesem Zeitpunkt kann das Cooper-Paar in Gruppen zwischen den Gittern hin und her pendeln, ohne durch das Gitter gestört zu werden, weshalb Supraleiter bei niedrigen Temperaturen Strom ungehindert leiten können.

Nachdem das Phänomen der Supraleitung erklärt war, startete die wissenschaftliche Gemeinschaft in den 1980er Jahren einen „Supraleitungswettlauf“. Die kritische Temperatur von Supraleitern stieg von 40 K auf 77 K, 90 K und dann auf 125 K (ca. -148 °C). Ultrahoher Druck ermöglicht Materialien gelangen bei höheren Temperaturen in den supraleitenden Zustand.

Im Jahr 2018 erreichte das vom deutschen Forscherteam hergestellte Lanthanhydrid-Material Supraleitung beim 1,7-Millionen-fachen des Atmosphärendrucks und bei 250 K (ca. -23 °C), was derzeit dem Material entspricht, das der Supraleitung bei Raumtemperatur am nächsten kommt.

Im Vergleich zu anderen supraleitenden Materialien sind die Kristallstruktur, die Herstellungsmethode und die supraleitenden Bedingungen von LK-99 allesamt ungewöhnlich. Um dies zu beweisen, bedarf es mehr Energie der wissenschaftlichen Gemeinschaft. Ein einfaches Verständnis dieses interessanten physikalischen Phänomens reicht aus.

Es ist nur ein kleiner Blitz, der plötzlich auftauchte, während Menschen Holz bohrten, um Feuer zu machen. Es könnte sich um eine Flamme handeln, oder es könnte sein, dass sich die Augen nach zu langem Bohren in Trance befanden. Seien Sie bitte wachsam gegenüber der Befürwortung von „Heute Magnetschwebebahn, morgen supraleitende Tokamak-Kernfusion und übermorgen Orion“. Was Sie wissen müssen, ist, dass LK-99 noch nicht eingeschaltet ist.

*Dieser Artikel wurde gemeinsam von Mo Chongyu, Chen Zejun und Huang Zhijian verfasst.

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