Siêu dẫn ở nhiệt độ phòng? Một bước tiến mới
(science.org)- LK-99 thu hút chú ý nhờ một preprint tuyên bố vật liệu này thể hiện tính siêu dẫn ở nhiệt độ phòng và áp suất thường; nếu được tái lập, nó có thể ảnh hưởng tới gần như mọi lĩnh vực sử dụng điện từ học
- Quy trình tổng hợp tương đối đơn giản nên nhiều phòng thí nghiệm có thể nhanh chóng kiểm chứng, nhưng mẫu gốc là đa tinh thể và không đồng nhất, nên kết quả tái lập có thể dao động
- Video bay từ của Huazhong University of Science and Technology ở Trung Quốc đã làm tăng sự quan tâm, nhưng chỉ từ video thì khó xác nhận việc tái lập siêu dẫn nhiệt độ phòng do hiệu ứng Meissner
- Các tính toán DFT mới từ Shenyang National Laboratory và Lawrence Berkeley cho thấy cấu trúc được báo cáo của LK-99 có thể phù hợp với khả năng siêu dẫn và có thể không cần đến một nền vật lý hoàn toàn mới
- Vẫn còn các vấn đề về vị trí thay thế của đồng, tính mong manh của cấu trúc điện tử và khả năng định hướng tinh thể, nên cần dữ liệu kiểm chứng vượt xa các video trên mạng xã hội và các mẫu khối sạch hơn
Tuyên bố về LK-99 và độ khó của việc tái lập
- LK-99 xuất hiện như một tuyên bố preprint rằng nó thể hiện tính siêu dẫn ở nhiệt độ cao hơn nhiều so với nhiệt độ phòng và ở áp suất thường
- Loại vật liệu như vậy là mục tiêu đã được theo đuổi từ lâu trong khoa học vật liệu và vật lý vật chất ngưng tụ, nhưng cho đến nay phần lớn vẫn bị xem là thứ chỉ tồn tại trong khoa học viễn tưởng
- Nếu thực sự tồn tại, tùy theo mật độ dòng điện có thể chấp nhận được, nó có thể cải thiện đáng kể các ứng dụng dựa trên điện từ học
- Những tuyên bố phi thường đòi hỏi bằng chứng phi thường, và các trường hợp như vậy thường sụp đổ vì vấn đề tái lập
- Lần này, quá trình tổng hợp không quá phức tạp và cũng không đòi hỏi vật liệu hay thiết bị đặc biệt, nên nhiều phòng thí nghiệm có thể lập tức thử tái lập
- Tuy vậy, chính các tác giả gốc cũng cho biết mẫu là đa tinh thể và không đồng nhất, và không có gì đảm bảo rằng phương pháp chế tạo được công bố là cách tối ưu
- Các biến số ảnh hưởng đến tái lập gồm độ tinh khiết của vật liệu đầu vào, sự hiện diện của oxy, kích thước hạt, tốc độ gia nhiệt và làm nguội, cũng như kích thước và hình dạng của bình chứa
Vấn đề tác giả preprint và tình trạng bài báo
- Các preprint liên quan xuất hiện gần nhau về thời gian, gồm một bài ba tác giả và một bài sáu tác giả
- Preprint ba tác giả có thể bị rút lại vì một trong các tác giả đã nộp bài mà không trao đổi với một số đồng tác giả khác
- Bài sáu tác giả đang được chuẩn bị để gửi tới một tạp chí bình duyệt, còn chính preprint thì đã được chỉnh sửa
- Tình hình nội bộ thực sự có thể chỉ rõ ràng hơn sau khi có thêm thời gian
- Do bối cảnh là khả năng phát hiện ra chất siêu dẫn ở nhiệt độ phòng, kỳ vọng và sự hỗn loạn đều tăng mạnh cùng lúc
Các tuyên bố tái lập và video bay từ tính đến ngày 1 tháng 8
- Tính đến sáng ngày 1 tháng 8, có một báo cáo chưa được kiểm chứng rằng Huazhong University of Science and Technology ở Trung Quốc đã tái lập được kết quả
- Video được công bố cho thấy một vật thể có thể là mẫu LK-99 đang nổi trên nam châm và thể hiện các hướng khác nhau so với nam châm
- Sự thay đổi hướng này là một manh mối quan trọng
- Ngay cả vật liệu thuận từ đơn thuần cũng có thể bay lơ lửng trong từ trường đủ mạnh
- Các vật liệu nghịch từ như giọt nước hay ếch cũng có thể bay lơ lửng
- Trong những trường hợp như vậy, chúng có thể quay về một hướng nhất định giống như kim la bàn
- Chất siêu dẫn khác ở chỗ là chất nghịch từ hoàn hảo, tức là loại trừ từ trường
- Hiệu ứng Meissner là hiện tượng vật liệu đẩy từ trường vốn xuyên qua bên trong ra ngoài khi nó chuyển sang trạng thái siêu dẫn ở nhiệt độ thích hợp
- Video đó vẫn phải dựa vào phần giải thích của người tạo và người công bố, và vẫn còn những cách giải thích khác không cần giả định có siêu dẫn ở nhiệt độ phòng
- Chỉ dựa vào một video thì còn quá sớm để kết luận đây là tái lập thực sự
Khả năng mà các tính toán DFT cho thấy
- Hai preprint mới lấy dữ liệu cấu trúc tia X được báo cáo của LK-99 làm điểm xuất phát và dự đoán hành vi bằng tính toán lý thuyết phiếm hàm mật độ (DFT)
- Cả hai phép tính đi tới kết luận rất giống nhau và gợi ý rằng một vật liệu như LK-99 có thể hoạt động được
- Đây là một diễn biến quan trọng ở chỗ có thể không cần giả định một nền vật lý hoàn toàn mới để giải thích LK-99
- Tính toán của Griffin phát hiện một tập hợp các flat band cô lập cắt qua mức Fermi, với độ rộng băng tối đa khoảng 130 meV và độ tách khỏi phần còn lại của dải hóa trị là 160 meV
- Độ rộng băng hẹp chỉ ra các band tương quan mạnh, trong đó band Cu-d đặc biệt phẳng và sự mở rộng băng do các ion oxy xung quanh gây ra là nhỏ
- Nếu giả định trước đây rằng độ phẳng của band có thể tạo ra siêu dẫn là đúng, thì kết quả này gợi ý một pha siêu dẫn bền hơn và ở nhiệt độ cao hơn so với các hệ siêu dẫn nhiệt độ cao đã biết
Cấu trúc điện tử, vị trí thay thế và tính định hướng tinh thể
- Trong chất rắn, mức Fermi là năng lượng lý thuyết tại đó xác suất electron chiếm một mức năng lượng nhất định là 50%, và nó gần với vị trí tự nhiên của các electron dẫn có thể di chuyển
- Electron trong chất rắn được mô hình hóa là chiếm nhiều dải năng lượng khác nhau, và giữa các dải có band gap
- Chất cách điện có mức Fermi nằm trong một band gap rộng nên khó tạo dòng điện, còn kim loại thì có một hay nhiều dải cắt qua mức Fermi
- Bài báo của Griffin cho rằng, giống như preprint gốc, kết quả tính toán đúng khi đồng thay thế vào vị trí Pb(1) trong cấu trúc pyromorphite chì
- Tuy nhiên, việc đồng đi vào vị trí Pb(2) có vẻ thuận lợi hơn về mặt năng lượng, điều này có thể khiến việc ổn định thay thế đồng ở Pb(1) trở nên khó khăn
- Vấn đề về vị trí thay thế như vậy có thể dẫn tới độ dao động trong việc tái lập LK-99 hoặc gây khó khăn trong việc thu được các mẫu khối sạch
- Nhóm Shenyang cũng cho rằng pyromorphite chì ban đầu là chất cách điện rất tốt, nhưng sự thay đổi cấu trúc khi đưa nguyên tử đồng vào phù hợp với dữ liệu thực nghiệm trong preprint Hàn Quốc và tạo ra một chuyển đổi lớn sang trạng thái kim loại
- Tính toán của Shenyang phát hiện một flat band bán lấp đầy và một flat band lấp đầy hoàn toàn quanh mức Fermi, và cho rằng chúng quan trọng trong việc khảo sát tính siêu dẫn đã được báo cáo
- Nhóm này dự đoán rằng nếu thay thế nguyên tử vàng vào vị trí Pb(1), có thể thu được một vật liệu có tính chất tương tự
- Preprint của Shenyang cho rằng các đơn vị PO4 quanh các cột hình trụ do các nguyên tử Pb2 tạo thành thể hiện tính cách điện, và thông qua các nguyên tử O2 chiếm chỗ 1/4, các kênh dẫn điện gần một chiều hình thành dọc theo trục c
- Bốn VHS đã được quan sát trong hai flat band, điều này cho thấy các tính chất điện tử có thể mong manh trước biến dạng cấu trúc ở nhiệt độ thấp
- Nếu có thể tạo ra LK-99 đơn tinh thể, có khả năng tính siêu dẫn chỉ xuất hiện theo một trục tinh thể duy nhất
- Có thể thấy tính siêu dẫn khi nối dây vào hai mặt đối diện cụ thể, nhưng lại không quan sát được ở các mặt khác
- Ngay cả ở các vật liệu siêu dẫn hiện có, biên hạt tinh thể cũng ảnh hưởng lớn tới hiệu suất, và mẫu đa tinh thể của LK-99 có thể bất lợi cho việc thể hiện hiệu ứng mạnh
Đánh giá hiện tại
- Các tính toán của Shenyang và Lawrence Berkeley là diễn biến tích cực, giúp LK-99 phần nào thoát khỏi vùng bị xem là “không thể giải thích”
- Nếu cần đến vật lý mới thì tiêu chuẩn chứng minh sẽ cao hơn rất nhiều, nhưng các tính toán lần này cho thấy khả năng ngay trong khung lý thuyết hiện có
- Cần thêm nhiều dữ liệu tái lập, và phải có bằng chứng vượt xa các video trên mạng xã hội
- Tính đến hiện tại, đây là nỗ lực đáng tin nhất trong số các ứng viên siêu dẫn ở nhiệt độ phòng và áp suất thường mà thế giới từng thấy, và vài ngày đến vài tuần tới sẽ là giai đoạn cực kỳ quan trọng
1 bình luận
Ý kiến trên Hacker News
Tác động lan tỏa của điểm uốn mà chúng ta đang ở hiện khó tưởng tượng nổi. Tối qua tôi cũng thấy khó giải thích, nhưng có lẽ chúng ta đang chứng kiến khởi đầu của một thời kỳ chuyển đổi công nghệ tương tự khi tiếp giáp p-n được phát minh
Từ góc nhìn thập niên 1940, hẳn rất khó tưởng tượng công nghệ ngày nay. Truyền tải năng lượng không tổn hao, pin không cần thời gian sạc, thậm chí CPU nhanh hơn nhiều và không làm bỏng đùi đều có thể trở nên khả thi. Giờ chúng ta có được nhận xe bay không?
Kim loại, đặc biệt là đồng, vốn đã là chất dẫn tốt đến khó tin rồi
Giờ tôi gần 50 tuổi rồi nên nếu cưỡi lên chắc sẽ ngã chết, nhưng có lẽ tôi vẫn sẽ thử một lần
Khi thấy dự đoán rằng “nếu thay thế nguyên tử ở vị trí Pb(1) bằng nguyên tử vàng thì có thể tạo ra vật liệu có tính chất rất tương tự”, tôi nảy ra một ý nghĩ lạc đề vì vật liệu cơ bản là apatit chì
Các nhà giả kim thời trung cổ đã cố biến chì thành vàng theo hướng ngược lại, còn biết đâu đột phá lại là pha tạp vàng vào chì :-)
Có video tái lập mới từ Trung Quốc
https://twitter.com/lereguy/status/1686363900651151360
Thú vị đấy, nhưng tôi đang cố giữ bình tĩnh. Chúc may mắn cho tất cả những người liên quan
Tôi không ngờ khoa học lại có thể trở thành một môn thể thao để theo dõi phấn khích đến vậy
Một bầu không khí cạnh tranh chết người, trình diễn mang tính quảng bá, và mỗi diễn biến mới đều gắn với niềm kiêu hãnh của cá nhân, tổ chức, quốc gia
Vì vậy tôi nghĩ MRI, phản ứng tổng hợp hạt nhân, và có lẽ cả các thiết bị điện động như máy phát điện hay động cơ đều khó
Kết quả DFT chắc chắn thú vị, nhưng xin nói trước rằng nền tảng của tôi là vật lý vật chất ngưng tụ thực nghiệm của các vật liệu như thế này, không phải mảng lý thuyết. Theo hiểu biết của tôi, dải phẳng là trọng tâm của kết luận có thể là điều kiện cần cho kiểu siêu dẫn mà các tác giả nói tới, nhưng không phải điều kiện đủ
Trong vật lý vật chất ngưng tụ thực nghiệm, đôi khi người ta chấp nhận việc làm một thí nghiệm tốt rồi gắn thêm “cơ sở lý thuyết” còn non để xoa dịu phản biện. Vì thế tôi sẽ không ngạc nhiên nếu tính siêu dẫn thực tế xuất hiện hoàn toàn không liên quan đến cơ chế được đề xuất trong bài báo. Tôi muốn thấy phân tích đặc tính vững chắc hơn, và mong các phòng thí nghiệm đang làm nghiên cứu tái lập xem xét kỹ các phần cốt lõi
Tuy nhiên kiến thức đó của tôi đã từ khoảng 20 năm trước, và dù tôi có bài PRB với tư cách tác giả đầu tiên, bạn cũng không nên tin tôi hơn một nhà nghiên cứu đang hoạt động. Dù sao tôi cũng không hoàn toàn mù tịt
Điều này có thể giải thích vì sao tổng hợp lại khó. Những mô phỏng kiểu này không hoàn hảo, nhưng khi thí nghiệm định hướng được và có tương quan mạnh, đó có thể là tín hiệu tốt rằng ta đã có được lời giải thích cơ học cho hiện tượng
Tôi thấy vui vì không chỉ mình tôi cho rằng bản preprint tính toán DFT khá hứa hẹn
Tuy nhiên, nó cũng cho thấy việc đạt được phép thế mong muốn là cực kỳ khó. Đặc biệt, cách mà một số người đề xuất là “đập vỡ hợp chất rồi tách ra” nhiều khả năng sẽ không hiệu quả. Vì sự không đồng nhất tồn tại ngay trong cùng một tinh thể; việc Cu đi vào vị trí Pb {1} thì tốt, nhưng nếu đi vào vị trí Pb {2} thì lại xấu
Vì vậy, phương pháp tổng hợp rất vòng vo mà các tác giả ưa dùng — tức cho phosphide đồng phản ứng với lanarkite để tạo ra nhiều sản phẩm phụ sulfide đồng — có thể là cần thiết để tạo ra các tính chất thú vị. Giờ đã có cảm giác về thứ cần tìm, ta cũng có thể suy ra những phương pháp tổng hợp khác với việc luôn ghi nhớ cần đạt loại thế đồng nào và cách xác định liệu đã đạt được hay chưa
Tất nhiên vẫn còn khả năng tất cả những điều này là một sai lầm lớn, nhưng giờ thì phải có nhiều sai lầm ăn khớp với nhau cùng lúc. Nếu đi theo giả thuyết này, có thể sẽ mất rất lâu mới đạt được sự thế chọn lọc cần thiết trong các mẫu khối chất lượng cao, nên tôi không kỳ vọng công nghệ mới sẽ ồ ạt xuất hiện trong ngắn hạn
Dải phẳng có thể mang nhiều ý nghĩa, và cấu trúc tinh thể mà Griffin giả định có thể đã được chọn vì trông có vẻ có khả năng cao. CMTC cũng cho rằng bài của Griffin không làm thay đổi cục diện nhiều và khả năng tái lập vẫn thấp: https://twitter.com/condensed_the/status/1686373904044949504...
Tôi không bị thuyết phục quá mạnh, nhưng chắc chắn không phải là không có gì
Hay chỉ là nói nhảm? https://twitter.com/iris_IGB/status/1685322871306928128
Tôi muốn xem lượng đặt hàng hằng ngày của chì(II) oxide và bột phosphide đồng trên trang chuỗi cung ứng của Sigma Aldrich tuần trước như thế nào
Tôi ngạc nhiên vì truyền thông chính thống có vẻ đang phớt lờ chuyện này. Tôi tìm LK-99 trên Google News mà không thấy bài nào từ các cơ quan lớn, còn kết quả tìm kiếm trên NYTimes là một bài từ năm 1974
Đặc biệt vì phần cuối đó, tôi nghĩ việc tạm hoãn là tốt. Thậm chí còn chưa rõ liệu nó có vượt quá mức “một số nhà khoa học có thể đã mắc sai lầm lớn, hoặc cũng có thể không” hay không. Giờ khi đã đến điểm mà nhiều nhóm nói rằng điều này có thể xảy ra hoặc đã xảy ra, có lẽ các bài của truyền thông chính thống cũng sẽ bắt đầu xuất hiện. Không phải là phớt lờ, mà là thận trọng; các phóng viên khoa học hẳn đang theo dõi sát như diều hâu
Điểm tốt của báo chí có uy tín là họ là bộ lọc đáng tin cậy để lọc nhiễu trên Internet. Tin đồn ban đầu thì tôi xem ở những trang như thế này, còn nội dung đã được lọc, sắp xếp và tập trung thì xem ở bên kia
Các bài gốc là hai bài được đưa lên trong khi chưa rõ việc đăng trên arXiv có được chấp nhận rộng rãi trong lĩnh vực này hay không, còn báo chí khoa học thường chờ các bài đã qua bình duyệt trên những tạp chí học thuật danh tiếng. Một số ấn phẩm chuyên ngành đã đưa tin rồi, và có thể xếp In The Pipeline của Derek Lowe vào nhóm đó
[1] Ví dụ: https://nitter.net/i/status/1686373516286005248 — giải thích vì sao ngay cả các bài xác nhận lý thuyết gần đây cũng kém thuyết phục
Dù thành công hay không, nó vẫn có giá trị tin tức. Chỉ riêng yếu tố bí ẩn, câu chuyện con người, các nỗ lực tái lập của Argonne, Trung Quốc và các nhà khoa học độc lập đã là cả đống chủ đề thú vị có thể viết bài ngay
Điều còn kỳ lạ hơn là NYT đã đăng bài về việc rút lại bài báo siêu dẫn của Dias. Bài đó còn không nằm trong radar của tôi vì nếu không phải là chất siêu dẫn tạo ra bước nhảy vọt lớn cho ứng dụng thực tế thì tôi không quan tâm
Rốt cuộc họ đang làm gì vậy?
Nói rằng truyền thông chính thống đang phớt lờ là không công bằng. Khả năng phát hiện này theo đúng nghĩa đen là vừa mới xảy ra, và do kết hợp giữa mức độ nhận diện thấp với sự thận trọng về bằng chứng nên họ vẫn chưa đưa tin
Nỗ lực tái lập thất bại: vận chuyển bán dẫn của Pb10-xCux(PO4)6O được thiêu kết từ Pb2SO5 và Cu3P
https://arxiv.org/ftp/arxiv/papers/2307/2307.16802.pdf
Người ta dùng sự thật này để công kích các lĩnh vực như nghiên cứu ung thư, nhưng đáng tiếc đó là vấn đề căn bản của khoa học. Bài báo khoa học không phải là kết tinh của chân lý đã được chưng cất, mà gần với một commit của công việc đang diễn ra hơn. Nếu chờ đến khi biết mọi chi tiết mới công bố, các khám phá khoa học sẽ chậm như ốc sên và vô số phát hiện sẽ bị bỏ lỡ
Họ đã thử nghiệm một vật liệu khác
Ồ, trích dẫn vòng tròn thật sự đang xảy ra