Команда вчених із Південної Кореї оголосила про історичний прорив. Прорив дійсно стався: соцмережі та ЗМІ вибухнули публікаціями про винайдений ними матеріал LK-99, який залишається надпровідником при кімнатних умовах. Однак спроби інших команд відтворити цей надпровідник зазнають невдачі. Схоже, людству доведеться ще зачекати з переходом на наступний технологічний рівень.
Дослідницька група під керівництвом Сукбе Лі та Джі-Хуна Кіма з дослідницького центру Quantum Energy Research Center у Сеулі заявила в препринтах, опублікованих 25 липня, що сполука міді, свинцю, фосфору та кисню, яка отримала назву LK- 99, є надпровідником при навколишньому тиску та температурах вище 127 °C.
Команда стверджує, що зразки демонструють дві ключові ознаки надпровідності: нульовий електричний опір і ефект Мейснера, при якому матеріал довго літає над магнітом.
Попередні відкриття досягали надпровідності лише в певних матеріалах за неймовірно низьких температур або надзвичайно високого тиску. Ніколи не було підтверджено, що жоден матеріал є надпровідником в умовах звичайного навколишнього середовища.
Передбачувана надпровідність LK-99 негайно викликала пильну увагу вчених.
«Моє перше враження було «ні», — каже Інна Вішік, дослідник конденсованих речовин з Каліфорнійського університету в Девісі. – Ці «непізнані надпровідні об’єкти», як їх іноді називають, надійно відображаються на arXiv. Щороку з’являється новий».
Досягнення в надпровідності часто рекламують через їхнє величезне практичне значення. Надпровідник при кімнатних умовах буквально переверне економіку, технології та світ загалом. Адже з таким надпровідником електричні пристрої втратять одну з основних причин свого нагріву – електричний опір. Це відкриває шлях до масового використання поки лише експериментальних концепцій та технологій, наприклад, літаючих потягів.
Перші спроби відтворити LK-99, про які повідомлялося в останні дні, не покращили перспективи матеріалу. Жодне з досліджень не надає прямих доказів надпровідності матеріалу.
У двох окремих експериментах, проведених групами Національної фізичної лабораторії Індії в Нью-Делі 3 та Університету Бейханг у Пекіні 4 , повідомили про синтез LK-99, але не спостерігали ознак надпровідності. Третій експеримент, проведений дослідниками з Південно-Східного університету в Нанкіні 5, не виявив ефекту Мейснера, але виміряв в LK-99 близький до нуля при -163 °C, що набагато нижче кімнатної температури, але високо для надпровідників.
Теоретики також вступили в бійку. У кількох теоретичних дослідженнях для розрахунку електронної структури LK-99 використовувалася обчислювальна техніка, яка називається теорією функціоналу густини (DFT). Розрахунки DFT показують, що LK-99 може мати цікаві електронні властивості, які в інших матеріалах були пов’язані з такими ефектами, як феромагнетизм і надпровідність. Але жодне з досліджень не знайшло доказів того, що LK-99 є надпровідником в умовах навколишнього середовища.
Реплікатори вперше спробували синтезувати LK-99, слідуючи процесу, описаному корейською командою. Процес включав змішування порошкоподібних компонентів і два етапи нагрівання до 925 °C.
Щоб підтвердити структуру та ідентичність цього матеріалу, реплікатори використовували дифракцію рентгенівських променів- метод отримання атомних зображень. Команда Beihang дійшла висновку, що структура їхнього зразка «дуже відповідає» структурі LK-99.
Співавтор команди Національної фізичної лабораторії, фізик Верпал Сінгх Авана, визнав невеликі відмінності між їхнім зразком і зразком корейської команди. «Наш LK-99 дуже схожий на надпровідний LK-99», — каже він.
Але Роберт Палгрейв, хімік з Університетського коледжу Лондона, каже, що матеріали обох команд відрізняються від оригіналу. Обидві рентгенівські дифракційні картини значно відрізняються від картин корейської команди та одна від одної, каже Палгрейв.
Експеримент команди Південно-Східного університету дав дані дифракції рентгенівських променів, які більше відповідають зразку корейської групи, за словами Палгрейва.
Але кілька дослідників поставили під сумнів їхнє твердження про досягнення нульового опору при -163 °C. Еван Заліс-Геллер, фізик конденсованих середовищ з Массачусетського технологічного інституту в Кембриджі, каже, що вимірювання опору було недостатньо чутливим, щоб відрізнити надпровідник з нульовим опором або метал з низьким опором, як-от мідь.
Невизначеність щодо структури LK-99 обмежує висновки, які дослідники можуть зробити з теоретичних досліджень, які припускають певну структуру матеріалу для проведення розрахунків.
Теоретичний аналіз, опублікований у Twitter, викликав хвилювання серед онлайн-ентузіастів. Сінейд Гріффін, яка вивчає квантові матеріали в Національній лабораторії Лоуренса Берклі в Каліфорнії, поділилася своєю оптимістичною теоретичною статтею. Оптимізм був викликаний використанням DFT, щоб виявити, що LK-99 має «плоскі смуги», особливість, яка вказує на те, що електрони в матеріалі сильно корельовані один з одним.
«Системи з плоскими смугами, як правило, демонструють цікаву фізику, — каже Вішік. – Отже, коли передбачається, що матеріал матиме плоску смугу, люди в чомусь збуджуються».
Пізніше Гріффін відкинула оптимізм, написавши у Twitter: «Моя стаття *не* довела і не надала доказів надпровідності».
Інші теоретичні статті також припускають наявність плоских смуг, але всі вони страждають від того самого припущення щодо структури, каже Леслі Шуп, хімік твердого тіла з Прінстонського університету в Нью-Джерсі. «Коротше кажучи, я не вірю жодному DTF, поки не дізнаюся правильну кристалічну структуру», — каже вона.
Гріффін погоджується, що знати структуру важливо. Але вона каже, що структура, знайдена корейською командою, схожа на структуру інших мінералів фосфату свинцю. Тож не надто дивно думати, що це можливо.
Навіть якщо майбутні експерименти підтвердять плоскі смуги, це не означає, що матеріал демонструватиме надпровідність при кімнатній температурі, каже Шуп. Зв’язок між плоскими смугами та надпровідністю походить від інших матеріалів, таких як «скручені» шари графену — злегка зміщені листи атомно-тонкого вуглецю — які демонстрували надпровідність при -271 °C і мали плоскі смуги. Але це не є доказом надпровідності вище 127 °C у LK-99 на основі свинцю, каже Шуп.
Вірусна увага, пов’язана з LK-99, перевершила багатьох його попередників. Розчаровані атмосферою ажіотажу, деякі вчені почали імітувати відеоролики з левітацією за допомогою повсякденних матеріалів, підвішених на мотузках та інших предметах. «Одного разу я відкрив Твіттер і помітив купу схематичних відео з маленькими камінчиками», — каже Ерік Асплінг, фізик з Бінгемтонського університету в Нью-Йорку. У відповідь він завантажив відео , на якому зображено «зразок LK-99 у формі вилки», підвішений на стрічку. «Я подумав: «Як це може когось переконати?», — каже він.
За матеріалами: Nature
