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Últimas investigaciones: Superconductividad a temperatura ambiente, Editor: Heart of the Machine
El siglo XXI, el siglo de la superconductividad.
“Cuando me desperté, la superconductividad a temperatura ambiente se 'rompió de nuevo'.” En los últimos días, la comunidad física ha sido testigo de otra investigación sobre la superconductividad a temperatura ambiente.
¿Por qué dices "otra vez"? Solo mire los informes de noticias anteriores: las investigaciones que afirman lograr la "superconductividad a temperatura ambiente" una tras otra, incluso la revista Science no pudo evitar escribir el título "Finalmente, se logró la superconductividad a temperatura ambiente" en 2020. Pero los resultados del seguimiento siempre fueron decepcionantes. Nadie pudo reproducir con éxito los resultados afirmados por los autores, y algunos estudios fueron retirados. Esto hace que "descubrir la superconductividad a temperatura ambiente" sea una historia de "lobo se acerca". Nadie se atreve a confiar en los resultados alegados por otros.
Esta vez, sin embargo, las cosas parecían un poco fuera de lo común. Esta investigación proviene de un equipo en Corea del Sur. Subieron dos artículos en arXiv, afirmando que sintetizaron un material superconductor a temperatura ambiente a presión atmosférica, y su temperatura crítica superconductora supera el punto de ebullición del agua, alcanzando un máximo de 127 grados centígrados.
El material, llamado LK 99, es una apatita de plomo dopada con cobre con la fórmula química 
.
La muestra sintetizada se ve así:
En el artículo, el autor da pasos de síntesis detallados.
Muchos investigadores dijeron que estos pasos no son complicados y muchos laboratorios pueden intentar reproducirlos.
Es precisamente por su simpleza que este estudio es tan sospechoso: ¿Se trata realmente de "buenos ingredientes, que a menudo solo necesitan el método de cocción más simple"?
Las condiciones de temperatura y presión normales, y el método de "materiales frotados a mano" han despertado la esperanza de la gente además de su consternación y dudas. Si la superconductividad es realmente así de simple, ¿no sería un gran avance? Al menos aquellos en la industria que leyeron apresuradamente el documento dijeron que el método descrito por el equipo de Corea del Sur fue detallado y serio, y se confirma mutuamente con los resultados actuales, y se reproducirá muy rápidamente.
Desde ayer, la pregunta sobre los materiales superconductores a temperatura ambiente y presión a temperatura ambiente ha ocupado el primer lugar en la lista caliente.
Decenas de miles de personas vieron el proceso de reproducción de los laboratorios domésticos.
Ya que es muy sencillo de reproducir. Podemos imaginar que muchos equipos en el país y en el extranjero han estado trabajando horas extras para tratar de reproducir los resultados experimentales.
En la búsqueda número uno de Zhihu, hay una respuesta que ha atraído la atención de decenas de miles de personas. Un equipo experimental de Anhui ha trabajado durante más de diez horas y está tratando de reproducir los resultados.
Actualizaron el último progreso hace decenas de minutos.
Los resultados saldrán en unos tres días. Tal vez pronto podamos ser testigos del contenido de oro de la superconductividad a temperatura ambiente.
Portal: https://www.zhihu.com/question/613850973/answer/3136586869
Superconductividad a temperatura ambiente: investigación ganadora del Premio Nobel, esperanza para la cuarta revolución industrial
Cada avance en la investigación de la superconductividad a temperatura ambiente afecta los nervios de los científicos de todo el mundo.
Primero, echemos un vistazo a qué es la superconductividad a temperatura ambiente. La superconductividad es superconductividad, su resistencia es 0 y no se produce pérdida de calor cuando la corriente fluye a través del superconductor. La superconductividad a temperatura ambiente es un fenómeno superconductor que se produce a temperatura ambiente, y un superconductor a temperatura ambiente es un material que tiene un fenómeno superconductor a una temperatura superior a 0 °C. En comparación con otros superconductores, las condiciones de los superconductores a temperatura ambiente son condiciones de trabajo más fáciles de lograr en la vida diaria.
A partir de 2020, el superconductor de temperatura más alta es un sistema de sulfuro de hidrógeno que contiene carbono a presión ultra alta con una presión de 267 GPa y una temperatura crítica de +15 °C. El superconductor de temperatura más alta a presión atmosférica normal es el cuprato de superconductor de alta temperatura, que superconduce a una temperatura de 138 K (−135 ° C).
Las condiciones para realizar superconductividad a temperatura ambiente son extremadamente duras, y las condiciones actuales solo pueden respaldar la realización de superconductividad a presión extremadamente alta o temperatura extremadamente baja, sin mencionar su alto costo y escenarios de aplicación limitados.
Si se puede lograr la superconductividad a temperatura ambiente a presión normal, algunas personas dicen: "Esto se convertirá en uno de los mayores descubrimientos científicos y tecnológicos en la historia de la humanidad, y también ganará el Premio Nobel". a presión normal es tan simple como Si se puede realizar, iniciará la cuarta revolución industrial y hará del siglo XXI una era de superconductividad.
Entonces, para la sociedad humana y la gente común, ¿qué tipo de impacto personal tendrá la realización de la superconductividad a temperatura ambiente a presión atmosférica? Puede echarle un vistazo a partir de los siguientes ejemplos.
Tome como ejemplo los productos más comunes relacionados con la electricidad. El superconductor no tiene resistencia, lo que resolverá completamente el problema de la pérdida causada por la resistencia. Las computadoras superconductoras (computadoras) ya no necesitan considerar la disipación de calor, se vuelven cada vez más delgadas y su velocidad de funcionamiento mejorará considerablemente; el consumo de electricidad del hogar se reducirá en gran medida; los vehículos eléctricos reemplazarán completamente a los vehículos de combustible.
Mirando la industria de generación y transmisión de energía, muchos equipos que queman petróleo (como motores diesel y motores de gasolina) serán reemplazados por motores superconductores, lo que cambiará por completo muchas industrias como la petrolera, la industria química, la aeroespacial y la metalurgia. Al mismo tiempo, los cables superconductores y los transformadores superconductores hechos de materiales superconductores pueden transmitir electricidad casi sin pérdidas, y el problema de la escasez de energía pasará a la historia.
También está el maglev. La aparición de materiales superconductores puede hacer trenes maglev superconductores de alta velocidad, y el tránsito ferroviario maglev se construirá a gran escala.
También se espera que se realice una tecnología de fusión nuclear controlable más de ciencia ficción. Las escenas de "El problema de los tres cuerpos" se harán realidad, la humanidad navegará hacia el universo y la historia humana será reescrita.
¿Qué hizo el equipo de investigación en Corea del Sur?
Leer documentos en la dirección de la física de la materia condensada es un umbral insuperable para la mayoría de las personas, sin embargo, el conocido maestro "Profesor He from the Stars" en el área de divulgación científica de la estación B lo explicó brevemente a todos. Veamos qué tiene que decir.
URL del vídeo: https://www.bilibili.com/video/BV1Dx4y197tX/?spm_id_from=333.337.search-card.all.click
En primer lugar, sabemos que la fórmula química del material superconductor recién sintetizado es 
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Se trata de una apatita de plomo dopada con cobre, en la que la relación x de dopaje con cobre es de aproximadamente 0,9-1,1 entre. El autor describe los pasos de síntesis de este material en detalle en el artículo.
El primer paso es sintetizar chalkenita a través de una reacción química. Los polvos de óxido de plomo y sulfato de plomo se mezclaron uniformemente en un crisol cerámico en una proporción del 50% cada uno. Los polvos mixtos se calentaron en un horno a 725 °C durante 24 horas en presencia de aire. Durante el calentamiento, la mezcla sufre una reacción química, produciendo calcopirita.
El segundo paso es sintetizar cristales de fosfuro cuproso. Mezclar los polvos de cobre y fósforo en proporción en un crisol. Sella el polvo mezclado en un tiristor de 20 cm por gramo con un vacío de 10 torr. El tubo sellado que contenía el polvo mixto se calentó en un horno a 550 grados Celsius durante 48 horas, tiempo durante el cual la mezcla reaccionó y formó cristales de fosfuro cuproso.
En el tercer paso, los cristales de calcita y fosfuro cuproso se molieron en polvo y se mezclaron en un crisol, luego se sellaron en un tiristor con un vacío de 10 torr. Calentar el tubo sellado que contiene el polvo mezclado en un horno a 925 °C durante 5 a 20 horas. Durante este proceso, la mezcla reacciona y se transforma en el material final. Entre ellos, el elemento azufre en el sulfato de plomo se evaporó durante la reacción.
El artículo da las fotos durante el tercer paso: e es el polvo mezclado antes de la reacción, f es la muestra sellada después de la reacción, g es la apariencia de la muestra cuando se saca, y h e i son las fotos de la muestra obtenida.
De acuerdo con el mismo método, el autor sintetizó varias muestras, y el parámetro de dopaje de cobre x de diferentes muestras debería ser ligeramente diferente.
Luego, el autor analizó la estructura cristalina del material sintetizado y encontró que la muestra sintetizada era un material policristalino con estructura hexagonal y pertenecía al sistema cristalino hexagonal.
Visto desde arriba del cristal (eje c).
Visto desde el lado del cristal (perpendicular al eje C).
Después de entrar en el estado superconductor, la muestra forma una cadena superconductora unidimensional (a lo largo de la dirección del eje c).
Los autores descubrieron que la apatita de plomo prístina es un aislante, mientras que la apatita de plomo dopada con cobre es un superconductor por debajo de la temperatura crítica y un metal por encima de la temperatura crítica.
Usaron el método de cuatro sondas para medir la resistencia de la muestra 2 a una corriente de 30 mA y encontraron que había un salto obvio en la resistencia a unos 105 grados centígrados, y creían que en ese momento se producía una transición superconductora.
Sin embargo, la resistencia no salta directamente a 0, sino que primero salta a un valor relativamente pequeño. Después de entrar en una temperatura más baja, por debajo de unos 60 grados centígrados, la resistencia es casi cero. El "Profesor He from the Stars" explicó que, de hecho, después de que un superconductor entra en el estado superconductor, la resistencia no es necesariamente estrictamente cero. Esto se debe a que no todos los electrones participan en el apareamiento de Cooper a una temperatura finita, y los electrones no apareados aún pueden contribuir a la resistencia, especialmente en la región cercana a la temperatura crítica. El autor del artículo concluyó a partir de los resultados de la medición de la resistencia que el superconductor es un superconductor de onda s (para obtener una explicación detallada, consulte el video científico popular "Profesor He from the Star").
Otra evidencia de superconductividad es el diamagnetismo (cuando la intensidad del campo magnético es menor que el valor crítico, las líneas del campo magnético no pueden atravesar el superconductor y el campo magnético interno del superconductor es cero. El diamagnetismo completo también se conoce como el efecto Meissner) . Los autores midieron la susceptibilidad magnética en función de la temperatura para las muestras 2 y 3, las cuales exhibieron diamagnetismo. Como se muestra, la muestra 4 parece estar levitando sobre el imán.
Los autores también midieron la corriente crítica y el campo magnético crítico, y los resultados fueron consistentes con la imagen de la superconductividad. La temperatura crítica de la muestra está relacionada con la relación x de dopaje de cobre.
En las muestras que sintetizaron, la temperatura crítica puede alcanzar los 400 Kelvin, o 127 grados Celsius. El autor también usa la teoría de la superconductividad de Brinkman-Rice-BCS para dar una explicación teórica y cree que hay dos razones para la alta temperatura crítica: una es la formación de metales unidimensionales o cuasi-dimensionales debido al cobre. dopaje, y el otro es que los electrones hay una fuerte correlación entre ellos.
El "Profesor He from the Stars" dijo que personalmente siente que el trabajo del documento es más completo, el método de síntesis de las muestras se presenta con más detalle, se han realizado todas las mediciones que deberían realizarse, los datos son más completos , y también se dan las dos evidencias de la superconductividad. evidencia experimental. Dado que no se requiere un entorno de alta presión, este experimento es mucho menos difícil que los experimentos anteriores. Otros grupos de investigación deberían poder seguir y verificar este resultado pronto.
Los enlaces a los dos artículos son los siguientes:
Enlace en papel: https://arxiv.org/abs/2307.12008
Enlace en papel: https://arxiv.org/abs/2307.12037
Sukbae Lee y Ji-Hoon Kim en el equipo de investigación (versión de tres personas del documento) pertenecen a una empresa llamada Quantum Energy Research Center (Centro de Investigación de Energía Cuántica), uno de los cuales es Sukbae Lee, director ejecutivo e investigador de la empresa. , que ha estado involucrado durante mucho tiempo en la dirección de la investigación física de superconductividad de alta temperatura; el segundo autor Ji-Hoon Kim es un investigador de la compañía, principalmente responsable de la síntesis de muestras; el tercer autor Young-Wan Kwon es profesor de la Universidad de Corea , centrándose en la investigación en los campos de la física de la materia condensada y materiales avanzados.
Deja que las balas vuelen un poco más
Para esta investigación del equipo coreano, muchas personas se sienten "demasiado buenas para ser verdad". Antes de que salgan los resultados de la reproducción, debemos ser escépticos. El camino es tan largo que comenzó a principios del siglo XX.
En 1911, el físico holandés Heike Kamerlingh Onnes descubrió por primera vez la superconductividad en un filamento de mercurio enfriado a 4,2 K (-269 °C).
En 1957, los físicos John Bardeen, Leon Cooper y Robert Schrieffer explicaron este fenómeno teóricamente: su "teoría BCS" mostró que los electrones comprimidos a través de un superconductor deforman temporalmente la estructura del material para que se intercambie por otro electrón.
En 1986, los físicos descubrieron que, entre diferentes materiales, la superconductividad de las cerámicas de óxido de cobre existe a una temperatura crítica más alta, a saber, Tc=30K (alrededor de -243 °C).
En 1994, los investigadores elevaron la Tc del óxido de cobre a base de mercurio a 164 K (alrededor de -109 °C) bajo presión. Los electrones aún se emparejan en los superconductores de cuprato, pero se desconoce cómo se logra la superconductividad.
En pleno siglo XXI, muchos investigadores también no han escatimado esfuerzos en este campo, afirmando una y otra vez que han obtenido resultados "excelentes". Entre ellos, Ranga Dias, físico de la Universidad de Rochester, es una figura representativa.
Ranga Dias
En 2020, el equipo de Dias publicó un artículo de portada en Nature, afirmando haber logrado la superconductividad en el sistema carbono-azufre-hidrógeno (CSH) a 267 GPa, 287K (alrededor de 15 grados), convirtiéndose en el primer ser humano en lograr una sala de alta presión. -superconductividad de temperatura.
Desafortunadamente, en septiembre de 2022, Nature anunció que había retirado el papel. Sin embargo, esto no lo hizo desistir, y luego, en marzo de este año, otra gran noticia detonó el círculo de la física.
En la reunión anual de marzo de la Sociedad Estadounidense de Física en Las Vegas, Ranga Dias anunció nuevamente la invención de un superconductor que opera a temperatura ambiente y cerca de la presión atmosférica: un superconductor compuesto de hidrógeno, nitrógeno y el compuesto sólido lutecio, un metal de tierras raras. conduce con éxito la corriente eléctrica sin resistencia a 21°C (294K) y una presión de alrededor de 1GPa. El estudio también abordó Nature.
Del mismo modo, esta superconductividad a temperatura ambiente de 21°C aún se está cuestionando, después de todo, Ranga Dias tiene un "récord anterior". Posteriormente, muchas instituciones de investigación científica lanzaron intentos de reproducción. Por ejemplo, varios equipos chinos lanzaron implementaciones repetidas de compuestos de hidrógeno de lutecio, con resultados diferentes. Sin embargo, a diferencia de su predecesor, Nature aún no se ha retractado del artículo de Ranga Dias.
En el contexto del fraude académico anterior y el fracaso de generaciones de predecesores, todavía esperamos con ansias este momento. Como dijo Derek Lowe en el primer informe de Science sobre esto: "Realmente, realmente espero que sea lo que dice ser, eso debería ser evidente. Antes de que obtengamos la confirmación o falsificación final, estaré bastante nervioso antes de la ¡Noticias! Porque realmente va a ser un descubrimiento que cambiará el mundo y obviamente ganará inmediatamente un Premio Nobel".
En pocas palabras: Deseamos tanto que fuera cierto.
Si existe un material que puede alcanzar la superconductividad a temperatura y presión normales, y es relativamente fácil de obtener, su aparición puede ser el comienzo de una nueva ronda de revolución industrial. Sus aplicaciones incluyen, pero no se limitan a: aplicación a gran escala de campos magnéticos, manipulación de materiales sin contacto (como el control de fusión nuclear), transmisión de corriente libre de energía, comunicación a ultra larga distancia, nuevas formas de energía, etc. Básicamente, todos dependen de la electricidad para funcionar. Todo se verá afectado, tal vez algo que solo aparece en la ciencia ficción.
Pero, como de costumbre, demostrar que la superconductividad a temperatura ambiente puede existir es un gran paso adelante.
Hyun-Tak Kim, uno de los miembros del equipo (versión del documento para 6 personas), dijo ayer en una entrevista con NewScientist: Apoye a cualquiera para reproducir los resultados de su equipo.
Finalmente, hay una interpretación interesante de por qué el equipo de investigación coreano publicó dos artículos seguidos (uno de los cuales fue firmado por solo tres autores): porque un solo Premio Nobel se otorga como máximo a tres científicos al mismo tiempo.
¿Ya pensó en cómo se deben distribuir los honores? Se puede ver cuán confiado está el equipo sobre la superconductividad a temperatura ambiente.
Contenido de referencia:
https://www.science.org/content/blog-post/breaking-superconductor-news
https://www.newscientist.com/article/2384782-room-temperature-superconductor-breakthrough-met-with-scepticism/
