Khả năng xuất hiện hiệu ứng Meissner gần nhiệt độ phòng trong apatite chì thay thế bằng đồng
(arxiv.org)- Trong apatite chì thay thế bằng đồng (CSLA), thuộc họ LK-99, đã quan sát thấy trễ M-H dưới 250 K và sự tách nhánh ZFC-FC trên 300 K, nên khả năng có hiệu ứng Meissner gần nhiệt độ phòng vẫn còn
- Nhóm nghiên cứu chọn thành phần Pb9.1Cu0.9(PO4)6S nhằm giảm tính sắt từ do pha tạp đồng quá mức, và chế tạo mẫu qua các bước đồng kết tủa, xử lý thủy nhiệt, nung kết trong môi trường argon và oxy
- Ở 25 Oe, mọi đường cong M-T đều cho thấy tính nghịch từ, nhưng ở 200 Oe chúng chuyển sang thuận từ, khớp với Hc1 khoảng 30 Oe trong thí nghiệm hấp thụ vi sóng ở từ trường thấp trước đó
- Trong phép đo M-H, tín hiệu trong phạm vi ±500 Oe ở 250 K, 200 K và 100 K nhìn chung là thuận từ, nhưng ở dưới 10 Oe đã quan sát thấy vòng trễ kiểu chất siêu dẫn
- Do thành phần hoạt tính trong mẫu rất nhỏ, tín hiệu cực kỳ yếu; XRD cũng vẫn còn khả năng bị nhiễu bởi oxit dư và đồng sulfide, nên cần một phương pháp tổng hợp có thể mở rộng với nhiều thành phần hoạt tính hơn
Mục tiêu thí nghiệm nhằm xác nhận hiệu ứng Meissner
- Tính nghịch từ hoàn toàn, tức hiệu ứng Meissner, là một trong những tiêu chí cơ bản để đánh giá ứng viên siêu dẫn
- Để đánh giá hiệu ứng Meissner, thông thường cần đồng thời hai quan sát
- Đường cong M-T nghịch từ có sự tách nhánh giữa phép đo ZFC và FC
- Vòng trễ M-H kiểu chất siêu dẫn có từ trường tới hạn rõ ràng dưới nhiệt độ tới hạn
- Apatite chì thay thế bằng đồng (CSLA), hay LK-99, từng được nhắc đến như ứng viên siêu dẫn nhiệt độ phòng, nhưng hiệu ứng Meissner hoàn chỉnh vẫn chưa được xác nhận
- Trọng tâm của nghiên cứu này là quan sát trực tiếp trễ dòng một chiều (dc), điểm còn thiếu trong các báo cáo trước
- Lee và cộng sự đã báo cáo tính nghịch từ lớn, nhưng Habamahoro và cộng sự diễn giải hiện tượng này là bắt nguồn từ Cu2S
- Trong các phép đo dc trước đây không có vòng trễ quan trọng, và chỉ có trường hợp được quan sát trong điều kiện vi sóng
Quy trình chế tạo mẫu và đo từ hóa
- Nhóm thiết kế và chế tạo mẫu Pb9.1Cu0.9(PO4)6S với mức pha tạp đồng được điều chỉnh để giảm tín hiệu sắt từ
- Quá trình chế tạo diễn ra theo trình tự sau
- Trộn phosphate và chì sulfide trong dung dịch nước bằng đồng kết tủa
- Gia nhiệt áp suất cao ở 180°C trong 24 giờ, điều kiện pH 8
- Nung kết ở 900°C trong 8 giờ trong môi trường argon
- Hạ nhiệt độ xuống 500°C rồi nung kết bổ sung 48 giờ trong môi trường oxy tinh khiết
- Làm nguội đến nhiệt độ phòng trong sự hiện diện của oxy
- Theo nghiên cứu trước, ngay cả với phương pháp tổng hợp mới nhất, thành phần siêu dẫn của CSLA cũng rất nhỏ và từ trường tới hạn yếu, ở mức vài chục Oe
- Tín hiệu thuận từ mạnh có thể che lấp khả năng siêu dẫn ở từ trường thấp, nên độ tinh khiết của mẫu là quan trọng; tuy nhiên nếu giảm tỷ lệ pha tạp đồng thì tín hiệu quan sát được cũng có thể yếu đi
- Do pha thủy tinh xoáy (vortex glass phase) có hiệu ứng nhớ mạnh, mẫu đã tiếp xúc với từ trường mạnh có thể ghi nhớ lịch sử từ hóa, vì vậy quy trình đo cần được thiết kế cẩn trọng
- Phép đo từ hóa dc sử dụng MPMS-3 SQUID, với định vị thủ công và dữ liệu Fixed Center dc moment
- Sau khi đo các đường cong ZFC ở 25 Oe và 200 Oe trên mẫu đã thư giãn, chưa có từ hóa ban đầu, nhóm đo các đường cong M-H ở 300 K, 250 K, 200 K và 100 K
- Sau đó, mẫu được khử từ về 0 từ trường và làm lạnh xuống 10 K, rồi đo lại các đường cong ZFC-FC để xác nhận hiệu ứng siêu dẫn và hiệu ứng nhớ của pha thủy tinh
Tính nghịch từ và hiệu ứng nhớ trong đường cong M-T
- Đường cong M-T cho thấy sự tách nhánh ZFC-FC rõ ràng cả trước và sau khi quét từ trường
- Ở điều kiện 25 Oe, mọi đường cong đều cho thấy tính nghịch từ
- Ở điều kiện 200 Oe, tính thuận từ xuất hiện
- Điều này phù hợp với từ trường tới hạn thấp Hc1 = 30 Oe được nêu trong nghiên cứu hấp thụ vi sóng ở từ trường thấp
- Đường cong ZFC sau từ hóa ban đầu thấp hơn trước đó, và xuất hiện một đoạn gãy rõ rệt quanh khoảng 100 K
- Vì lần quét từ trường cuối cùng được thực hiện ở 100 K rồi mẫu được làm lạnh, đoạn gãy này cho thấy hiệu ứng nhớ của pha thủy tinh
- Cũng có một điểm chuyển tiếp quanh khoảng 250 K, có thể xem là nhiệt độ tới hạn Tc
- Ở điều kiện 200 Oe, dưới 50 K đường cong gãy xuống dưới, khiến hành vi pha thủy tinh được quan sát rõ rệt hơn
Trễ M-H xuất hiện ở từ trường thấp
- Các đường cong M-H đo tại 250 K, 200 K và 100 K về cơ bản cho thấy tín hiệu thuận từ ở vùng từ trường mạnh
- Ở dưới 10 Oe, vòng trễ thường thấy trong chất siêu dẫn được quan sát rõ ràng
- Do phần hoạt tính trong mẫu rất nhỏ, tỷ lệ tín hiệu trên nhiễu của dữ liệu thô tương đối thấp
- Không thể xác nhận trễ ở nhiệt độ trên 250 K
- Có sự bất đối xứng khi quét từ trường theo chiều thuận và chiều ngược
- Gần 0 từ trường, đỉnh âm sắc hơn đỉnh dương
- Sự bất đối xứng tương tự cũng từng được quan sát trong hấp thụ vi sóng
- Lần quét từ trường đầu tiên là theo chiều thuận, và có khả năng mẫu đã tạo ra các dòng xoáy liên quan rồi ghi nhớ chúng, nhưng điều này cần được xác nhận trong tương lai
Từ hóa ban đầu, XRD và những bất định còn lại
- Trong vòng trễ, từ hóa ở 25 Oe là dương, nhưng trên đường cong M-T lại là âm, khiến đường cong từ hóa ban đầu nổi lên như biến số then chốt để diễn giải
- Khi xem riêng đường cong từ hóa ban đầu và đường cong quét ngược đầu tiên, từ hóa dưới 50 Oe trên đường cong ban đầu là âm
- Điều này gợi ý một cơ chế từ hóa khác thường
- Ngay cả ở nhiệt độ phòng cũng có trễ, với điểm tách nhánh khoảng 350 Oe
- Hiện tượng trễ này cũng xuất hiện trong hấp thụ vi sóng và được diễn giải là bắt nguồn từ pha thủy tinh xoáy
- Ở nhiệt độ thấp, điểm tách nhánh tăng lên và các đỉnh xuất hiện ở từ trường thấp, cho thấy có khả năng tồn tại pha Meissner
- Dữ liệu XRD được tinh chỉnh bằng mô-đun Reflex của Materials Studio và phù hợp với đặc trưng cấu trúc P63/m của apatite
- Có những sai khác nhỏ trong các khoảng 25–27° và 30–40°, có thể bắt nguồn từ oxit dư
- Dù đã nung kết lâu trong môi trường oxy tinh khiết, vì lưu huỳnh được chủ ý thêm vào trong quá trình tổng hợp, rất khó loại bỏ hoàn toàn nhiễu từ đồng(I) sulfide
- Tính nghịch từ của CSLA đã được khảo sát cả trên đường cong M-T lẫn vòng trễ M-H, và có thể quan sát được đến 250 K
- Do sự tách nhánh ZFC-FC vẫn xuất hiện trên 300 K, khả năng quan sát siêu dẫn nhiệt độ phòng vẫn còn, nhưng tín hiệu của mẫu hiện tại rất yếu nên cần tổng hợp mẫu có thể mở rộng với nhiều thành phần hoạt tính hơn
1 bình luận
Ý kiến trên Hacker News
Bổ sung bối cảnh: từng có hai nhóm Trung Quốc công khai theo dõi chất siêu dẫn nhiệt độ phòng phái sinh từ LK-99, được gọi tùy tiện là “nhóm miền Bắc Trung Quốc” và “nhóm miền Nam Trung Quốc”
Nhóm miền Bắc Trung Quốc do Hongyang Wang ở Bắc Kinh dẫn dắt, còn nhóm miền Nam Trung Quốc do Yao Yao ở Quảng Châu dẫn dắt
Hai nhóm khác nhau về phương pháp tổng hợp và phân tích: nhóm miền Bắc Trung Quốc dùng tổng hợp thủy nhiệt và phép đo SQUID, còn nhóm miền Nam Trung Quốc dùng tổng hợp pha rắn và phép đo EPR
Bài báo lần này là công trình chung của cả hai bên, họ đã tái lập kết quả của nhau; trong bài báo thì nói khá mơ hồ, nhưng trong bài viết hậu trường thì nêu rõ
Họ đã đo được tín hiệu rõ ràng của tính siêu dẫn; 250 K thì chắc chắn, nhưng 300 K thì chưa chắc, nên mới viết là “near room temperature”
Cách dùng từ “possible” nếu đọc bài hậu trường thì gần như là một cách nói khiêm tốn
Nếu quan tâm thì rất đáng đọc bài hậu trường: https://www.zhihu.com/question/637763289 bằng tiếng Trung; Hongyang Wang là 真可爱呆, Yao Yao là 洗芝溪
Lần trước cũng từng có “hiệu ứng Meissner khả dĩ”, nhưng cuối cùng hóa ra là tính nghịch từ
Không mất gì khi nhìn nhận thận trọng cho đến khi có thêm bằng chứng tích lũy
“Định luật thứ nhất của siêu dẫn: hãy tránh xa các nhà vật lý lý thuyết.” Có lẽ quy tắc sinh ra là để bị phá vỡ
Cũng có đoạn kể rằng nhiều năm rồi ông ấy không say rượu, nhưng thứ Sáu tuần trước họ cứ liên tục gửi ảnh kết quả thí nghiệm và số đo thời gian thực, mỗi lần nhận một cái lại uống một ly, rồi gục hẳn, phải để sinh viên cõng về, thật xấu hổ
Vì phải tin rằng dù LK-99 là giả, trong lúc cố tạo ra biến thể của nó, giữa vô số thử nghiệm họ tình cờ tìm được một hợp chất hoạt động
Điều đó kém thuyết phục hơn so với việc nó xuất phát từ một hướng nghiên cứu hoàn toàn khác vẫn còn hợp lệ
Trong lịch sử khoa học và công nghệ từng có những chuyện còn kỳ lạ hơn, nhưng không nhiều
Ở đây “current” là chơi chữ giữa “dòng điện” và “hiện tại”
Tôi cũng tò mò áp suất cần cho hiệu ứng này là bao nhiêu, và liệu có điều kiện nào khác hạn chế ứng dụng thực tế hay không
250 K là -23°C, hay -9°F, tương đương một ngày đông lạnh giá, nên thật sự có thể xem là gần nhiệt độ phòng
Vẫn chưa phải STP, tức nhiệt độ và áp suất tiêu chuẩn 0°C/1 atm, nhưng có lẽ sắp làm được
https://www.indstate.edu/cas/chem_phys/filling-nmr-magnet
Làm lạnh các chất siêu dẫn hiện có bằng heli thì đắt và thiết bị cũng cồng kềnh
Nếu có thể làm lạnh chất siêu dẫn bằng một bộ làm mát Peltier nhỏ hoặc cấu hình kiểu tủ lạnh thông thường thì đó sẽ là lợi thế rất lớn
Theo chuẩn Texas thì khó đồng ý rằng -9°F gần như là nhiệt độ phòng, nhưng tủ đông thỉnh thoảng cũng xuống đến mức đó
Điều đáng khích lệ là chỉ cần một trường hợp thực tế duy nhất là đủ
Chỉ cần đúng một cái, và có cảm giác mỗi năm chúng ta lại tiến gần hơn
Cần xem nó có đủ độ dẻo để làm dây dẫn hoặc tấm hay không, có bị ăn mòn nhanh không, có ổn định dài hạn không, có quá dễ tạo hợp kim với các kim loại khác không
Vật liệu có rất nhiều tính chất quan trọng trong cả bối cảnh chế tạo lẫn sử dụng; một số vấn đề có thể được khắc phục bằng các quy trình khác, nhưng không phải tất cả
Dù vậy, nếu tìm được một loại thì cũng giống như đá tung cánh cửa bước vào một căn phòng đầy các khả năng liên quan
Cho đến khi được tái lập độc lập, đó chưa phải là khoa học
Trước lúc đó, nó gần với “thú vị đấy, nhưng chưa thể tin cho đến khi có ai khác chứng minh rằng đây không phải là ngụy tạo” hơn
Mỗi khi có người làm theo cách hơi khác một chút rồi tuyên bố là hoạt động, bộ đếm đó lại quay về số không
Siêu dẫn nhiệt độ phòng sẽ là một đột phá khổng lồ, nhưng vẫn còn nhiều rào cản phải vượt qua trước khi trở thành sản phẩm thực tế
Liên kết ảnh mẫu lơ lửng dưới nam châm: https://nitter.net/pronounced_kyle/status/174272502945091611...
Một trong những lý thuyết nổi tiếng giải thích ảnh “bay lên” của LK-99 là bản thân vật liệu có tính nghịch từ nên đẩy nam châm, nhưng có tạp chất sắt nên lại bị nam châm hút
Vì vậy, một mẩu sắt li ti bám vào một góc của mảnh nhỏ và dính vào nam châm, còn phần lớn phần còn lại bị đẩy ra, tạo ra hình ảnh “nửa lơ lửng” khi chỉ một góc chạm vào
Theo thời gian, người ta bắt đầu nhận ra một dáng vẻ nhất quán: các mẫu nghiêng đi, trông gần như lơ lửng nhưng không hoàn toàn lơ lửng
Ngoài ra, nếu chụp trong phòng tối với khẩu độ mở lớn, điểm mẫu chạm vào nam châm có thể bị nhòe về mặt quang học
Đặc biệt, ảnh macro của các mẫu rất nhỏ dễ bị các hiệu ứng này, khiến dù thực tế vẫn đang chạm, trông như có một “khe hở” nhìn thấy được
Nếu chụp với tiêu cự tốt hơn hoặc dùng kỹ thuật chồng nét, vẫn sẽ lộ ra điểm tiếp xúc nhỏ với nam châm
Nếu tôi hiểu đúng thì có lẽ hiện tượng trễ này cũng có thể do một lượng nhiễm sắt rất nhỏ trong mẫu gây ra?
Hiện tượng trễ sắt từ tăng lên khi nhiệt độ tăng, còn ở đây hiện tượng trễ mạnh hơn ở nhiệt độ thấp
Độ lớn của hiện tượng trễ quan sát được ở nhiệt độ thấp cũng quá lớn để có thể giải thích bằng tạp chất chưa phát hiện
Hơn nữa, các nhà nghiên cứu đã đăng một bức ảnh mẫu được làm nổi hoàn toàn khi lật ngược, và khá khó để giải thích điều đó theo cách khác
Trả lời phức tạp hơn thì có thể là có
Đồng sulfua thể hiện nhiều hiện tượng kỳ lạ, và cũng rất dễ tác động đến tính sắt từ theo những cách không ngờ tới
Cũng không thể loại trừ hoàn toàn khả năng mẫu chứa nhiều sắt, và sức hấp dẫn khổng lồ của chất siêu dẫn nhiệt độ phòng tạo ra cám dỗ mạnh mẽ khiến người ta muốn làm lệch dữ liệu hoặc thậm chí ngụy tạo dữ liệu: https://www.science.org/content/article/plagiarism-allegatio...
Chỗ đó là trường cũ của tôi nên thấy không vui chút nào
Chừng nào Anton Petrov chưa làm video về chuyện này thì nó chưa phải là thật
Sau đó xem video phía PBS, thỉnh thoảng cũng xem Sabine, nhưng tôi không xem bên đó với kỳ vọng độ chính xác 100% hay ít nhất là kiểm chứng tối thiểu
Theo dõi một chút vụ LK-99 thì thấy hiệu ứng Meissner đúng nghĩa, tức cảnh vật nổi trên nam châm và khi chạm vào thì giữ ở vị trí khác (https://youtu.be/F9ukYM4cSOk?t=11), trông rất khác với hiện tượng nghịch từ của LK-99
LK-99 chỉ là một đầu chạm vào nam châm và hơi rung lắc
Chừng nào chưa cho thấy được cảnh như video trên thì tôi vẫn sẽ hoài nghi
Hiện tôi đang ở Phần Lan và nhiệt độ là -30°C, nên nếu có giày apatite chì thay thế bằng đồng thì có thể đi làm bằng từ trường nâng được rồi
Tôi muốn tin, thật sự rất muốn tin
Kể cả tôi
Một thế giới nơi bệnh tật, nghèo đói, năng lượng, di chuyển và giải trí đều rẻ và dồi dào — tôi rất mong điều này là thật
250 K là -23,15°C
Hôm nay tình cờ tôi tra thời tiết Moskva thì thấy từ -23°C đến -26°C
Khó có thể gọi là nhiệt độ phòng, nhưng ở một số thành phố thì đó đúng là nhiệt độ ngoài trời
Mùa đông bình thường thì cao hơn -10°C