- Nhóm nghiên cứu tuyên bố LK-99 với cấu trúc lead-apatite biến dạng là một chất siêu dẫn nhiệt độ phòng, cho thấy Tc ≥ 400K, 127°C ở áp suất thường
- Làm căn cứ, họ đưa ra điện trở bằng 0 · hiệu ứng Meissner cùng với nhiệt độ tới hạn, dòng tới hạn, từ trường tới hạn, và các phân tích XRD · XPS · EPR · nhiệt dung · SQUID
- Cơ chế cốt lõi được mô tả là Cu²⁺ thay thế vị trí Pb²⁺ tạo ra co thể tích 0,48%, và ứng suất này làm biến dạng mặt tiếp giáp của cột hình trụ Pb(1), từ đó tạo ra giếng lượng tử siêu dẫn (SQW)
- Ở mẫu màng mỏng, điện áp trong dải 0.1µV/cm và điện trở suất mức 10⁻¹⁰~10⁻¹¹Ω·cm đã được đưa ra, và cho biết dòng tới hạn 7mA vẫn còn tồn tại ngay cả trên 400K và trên 3000Oe
- Kết luận của bài báo là tính siêu dẫn ở nhiệt độ và áp suất phòng của LK-99 không đến từ áp suất ngoài hay nhiệt độ thấp, mà đến từ vi biến dạng và ứng suất bên trong cấu trúc
Tuyên bố về siêu dẫn ở nhiệt độ và áp suất phòng của LK-99
- Nhóm nghiên cứu tuyên bố đã tổng hợp được một chất siêu dẫn nhiệt độ phòng hoạt động ở áp suất thường
- Tên vật liệu là LK-99
- Cấu trúc là lead-apatite biến dạng
- Nhiệt độ tới hạn được nêu là Tc ≥ 400K, tức trên 127°C
- Bài báo giải thích rằng các chất siêu dẫn nhiệt độ phòng trước đây dựa trên hydrogen sulfide và yttrium super-hydride cần áp suất rất cao nên khó áp dụng cho thiết bị thông dụng
- LK-99 được xem là một trường hợp giải quyết vấn đề nhiệt độ và áp suất bằng cách tiếp cận hóa học
Các phép đo được dùng để đánh giá tính siêu dẫn
- Bài báo đưa ra nhiều hạng mục cùng lúc để đánh giá tính siêu dẫn của LK-99
- nhiệt độ tới hạn (Tc)
- điện trở bằng 0
- dòng tới hạn (Ic)
- từ trường tới hạn (Hc)
-
hiệu ứng Meissner
- phân tích XRD, XPS, EPR, nhiệt dung, SQUID
- Phép đo điện áp-dòng điện được thực hiện trong dải 298K~398K với bước 20K
- Phép đo được tiến hành trong chân không 10⁻³ Torr bằng phương pháp đổi cực tính DC
- Điện trở suất của mẫu khối được đo trong dải 10⁻⁶~10⁻⁹Ω·cm
- Mẫu màng mỏng được chế tạo bằng quy trình bốc bay nhiệt trên tấm kính chính xác
- Điện áp đo ở dải 0.1µV/cm
- Điện trở suất tính được là 10⁻¹⁰~10⁻¹¹Ω·cm
- Bài báo xem kết quả này là đáp ứng điều kiện điện trở bằng 0 theo tiêu chuẩn IEC
Đặc tính từ và dòng điện còn duy trì đến 400K
- Ở từ trường 10Oe, giá trị từ hóa DC khi làm lạnh không từ trường và làm lạnh có từ trường được nêu là vẫn âm đến 400K
- Nhóm nghiên cứu diễn giải đây là bằng chứng cho thấy pha siêu dẫn tồn tại đến 400K
- Dòng tới hạn ngay cả trên 400K và trên 3000Oe cũng không bằng 0, với giá trị được nêu là 7mA
- Dựa trên kết quả này, bài báo kết luận nhiệt độ tới hạn của LK-99 là vượt quá 400K
- LK-99 được trình bày ở dạng đa tinh thể
- Điện trở không đồng đều của mẫu khối được liên hệ với ranh giới hạt, intergranular vortex flow, free vortex flow
- Tài liệu bổ sung cũng bao gồm quan sát hiện tượng kiểu Josephson và hiệu ứng nhiệt điện
Phân tích cấu trúc và cơ chế thay thế Cu
- Theo kết quả XRD, LK-99 là đa tinh thể, và các đỉnh chính được cho là phù hợp tốt với cấu trúc lead-apatite
- Cũng xuất hiện một số tạp chất Cu₂S
- Tham số mạng của lead-apatite ban đầu là a=9.865Å, c=7.431Å
- Tham số mạng của LK-99 là a=9.843Å, c=7.428Å, và thể tích giảm 0,48%
- Công thức hóa học dự kiến là Pb₁₀₋ₓCuₓ(PO₄)₆O, x=0.9~1.0
- Cấu trúc được mô tả là khoảng một vị trí trong các vị trí Pb(2) của lead-apatite được thay thế bằng ion Cu(II)
- Kích thước ion Cu²⁺ là 87pm, còn ion Pb²⁺ là 133pm
- Cách diễn giải là sự thay thế bằng Cu²⁺ nhỏ hơn tạo ra co thể tích, và sự co này tạo ứng suất trong phần mạng
- Tính toán mật độ điện tử và phân tích XPS dẫn tới cách diễn giải rằng ứng suất ảnh hưởng đến cấu trúc cột hình trụ Pb(1)
- Vị trí của Pb(1) dịch nhẹ vào trong hoặc ra ngoài trên mặt phẳng trục a
- Khoảng cách của một lớp trong cấu trúc tam giác Pb(1) giảm từ 3.03340Å xuống 2.61815Å
- Khoảng cách của lớp kế tiếp tăng lên 5.23476Å
- Khoảng cách giữa các lớp theo trục c là 3.7140Å, gần như giống với 3.7153Å của lead-apatite
Diễn giải về giếng lượng tử siêu dẫn (SQW)
- Tín hiệu EPR được trình bày là có dạng tương tự các trường hợp như giếng lượng tử dị thể Si/SiGe, DNA tự nhiên ở trạng thái khô, và α-Fe₂O₃ pha tạp Mg²⁺
- Nhóm nghiên cứu diễn giải tín hiệu này là tín hiệu cộng hưởng cyclotron của khí electron hai chiều (2-DEG) trong giếng lượng tử
- Theo cách diễn giải đó, giếng lượng tử siêu dẫn (SQW) được hình thành ở mặt tiếp giáp giữa Pb(1) và oxy phosphate
- Tính siêu dẫn của LK-99 được tổng kết là có liên hệ sâu sắc với SQW này
- Kết quả nhiệt dung cũng được cho là phù hợp với mô hình mới giải thích tính siêu dẫn của LK-99
- Kết luận cuối cùng là một cấu trúc độc đáo có thể duy trì cấu trúc vi biến dạng ở mặt tiếp giáp đã khiến LK-99 có thể siêu dẫn ở nhiệt độ và áp suất phòng
1 bình luận
Ý kiến trên Hacker News
Ngay cả khi toàn bộ nội dung bài báo là sự thật, vật liệu ở dạng hiện tại có thể có phạm vi ứng dụng hạn chế
Từ trường tới hạn và dòng điện tới hạn được trình bày có vẻ rất thấp. 2500 Oe tương đương khoảng 0,25T, còn REBCO cũng vượt 1T ở 77K. Hơn nữa, 2500 Oe là giá trị thu được ở nhiệt độ thấp hơn nhiều, chứ không phải tại nhiệt độ tới hạn
Tôi không tìm thấy kích thước mẫu dùng để đo dòng điện nên không thể biết mật độ dòng điện tới hạn, và chỉ khoảng 300mA dòng điện thì ý nghĩa khá yếu. Hiện vẫn khó cho dòng điện lớn chạy qua, và có vẻ khó tạo ra các ứng dụng tiêu biểu của cuộc cách mạng chất siêu dẫn ở nhiệt độ phòng như nam châm mạnh hay đường dây điện. Tất nhiên, chỉ cần điều chỉnh vật liệu thêm một chút cũng có thể đạt J_c và B_c cao, nên tôi thật sự hy vọng điều đó xảy ra
Mẫu chất siêu dẫn không tinh khiết thường dễ ở trạng thái giống như miếng bọt biển, trong đó vùng siêu dẫn và vùng không siêu dẫn trộn lẫn với nhau; trên thực tế, tiết diện thực sự mang dòng điện còn chưa đến 25%, khiến dòng điện tới hạn bị giới hạn. Trước đây khi tôi tự làm YBCO, phần lớn cũng như vậy, và thỉnh thoảng mới có mẫu tốt
Cũng có bằng sáng chế về tăng trưởng đơn tinh thể YBCO: https://patents.google.com/patent/US6046139A/en
Nhìn ảnh mẫu ở trang 7 của bài báo, nó thực sự trông như một cục giống miếng bọt biển. Có thể đó là cục bọt biển xứng đáng giải Nobel, nhưng dù sao vẫn là bọt biển. Tôi cho rằng khi có phương pháp tăng trưởng tinh thể tốt hơn, các chỉ số sẽ được cải thiện
Một khi đã xác nhận là có thể, việc tối ưu hóa có thể sẽ không mất quá lâu. Transistor từng có lúc rất lớn nhưng nay đã ở quy mô nanomet; pin mặt trời cũng liên tục được cải thiện, còn pin thì rẻ hơn và tốt hơn trước
Trong vài năm, đó là chủ đề lớn trên các bản tin dành cho dân mê khoa học, và New Scientist dành cho độc giả phổ thông cũng đăng những bài rất phấn khích. Nhiệt hạch thì vẫn luôn còn cách 50 năm, nhưng chất siêu dẫn ở nhiệt độ phòng khi ấy có vẻ sẽ xuất hiện trong vài năm nữa, và dĩ nhiên điều đó đã không xảy ra
Khi học ở một trường tư tại Oxfordshire vào nửa sau thập niên 1980, lớp vật lý của tôi còn đi tham quan Culham, và các nhà vật lý ở Culham cũng đến trường giảng bài. Nghĩ lại thì đó là một đặc quyền rất lớn. Giờ đã 53 tuổi, tôi thực sự cảm nhận được rằng có những việc cần rất nhiều thời gian
Tôi cũng muốn dùng nó cho anten, đường truyền và khoang cộng hưởng điều chỉnh. Ở dải tần số rất thấp (VLF), nhiều trường hợp cần dây dẫn rất dài, và nếu không có ngân sách quốc phòng thì hiệu suất giảm mạnh vì điện trở. Chất siêu dẫn có thể giải quyết vấn đề này
[1] https://en.wikipedia.org/wiki/SQUID
[2] https://en.wikipedia.org/wiki/Aharonov%E2%80%93Bohm_effect
[3] https://en.wikipedia.org/wiki/Longitudinal_wave#Electromagne...
[4] https://en.wikipedia.org/wiki/Superconducting_radio_frequenc...
[5] https://en.wikipedia.org/wiki/Very_low_frequency#Amateur_use
Một trong các tác giả của bài báo liên quan[1], Hyun-Tak Kim, có nhiều bài trên các tạp chí bình duyệt[2], và cũng có bài được trích dẫn hơn 1.500 lần[3]
Không biết cái bẫy nằm ở đâu, nhưng trông khá chính đáng. Nó cũng không đòi hỏi thiết bị phức tạp để tái lập như các tuyên bố trước đây, và lần tổng hợp này có vẻ rất đơn giản, nên có lẽ kết quả từ các nhà nghiên cứu khác sẽ sớm xuất hiện
Điều đáng kinh ngạc không chỉ là nó bay lên, mà là nếu nó thật sự là chất siêu dẫn ở nhiệt độ và áp suất phòng, lại còn dễ chế tạo, thì nó sẽ thay đổi thế giới đến mức nào. Nghe quá tốt đến mức khó tin là thật
Quy trình chế tạo trong bài báo liên quan[1] khá đơn giản, có vẻ chỉ cần lò nấu chảy kim loại gia dụng 200 USD bán trên Amazon cùng các tiền chất là có thể làm ở nhà
Nếu là thật, những người thông minh bên Hackaday hoặc YouTube có lẽ sẽ tái lập được trong vài ngày hoặc vài tuần
Nếu là thật, lợi ích trong truyền tải và phát điện là hiển nhiên, và với chất siêu dẫn nhiệt độ phòng, khả năng ứng dụng kỹ thuật có thể bùng nổ. Có phần giống cách pin lithium-ion đã từ từ thay đổi việc sử dụng năng lượng trên toàn xã hội, nhưng có thể nhanh hơn. Hy vọng nó được tái lập
[1] https://arxiv.org/pdf/2307.12037.pdf trang 3
Khả năng bạn làm ô nhiễm đất của mình và cả đất hàng xóm còn lớn hơn khả năng tái lập thành công
Bài báo chị em[0] có ảnh vật liệu lơ lửng trên nam châm nhờ hiệu ứng Meissner, và còn tuyên bố có cả video
Trông như chỉ có hai khả năng: hoặc bức ảnh bị Photoshop trắng trợn, hoặc họ thực sự đã tạo ra chất siêu dẫn nhiệt độ phòng. Tôi khó hình dung một sai sót tinh vi nào đó tạo ra hiện tượng bay từ ở nhiệt độ phòng mà lại không phải là chất siêu dẫn
[0] - https://arxiv.org/abs/2307.12037
Mong ai đó kéo tôi bớt phấn khích xuống. Hào hứng quá
Dù vậy, trong video họ nói phủ chất siêu dẫn thành màng mỏng lên đồng, nhưng tôi tự hỏi liệu đồng nguyên chất cũng có thể cho hiệu ứng tương tự do dòng điện xoáy hay không. Tôi không rõ lớp màng mỏng ảnh hưởng thế nào đến tấm trong thí nghiệm này, và nếu tôi bỏ sót gì thì mong có người chỉ ra
Chuyện này có thể lớn hơn tưởng tượng khá nhiều
Trong phần tóm tắt có câu “tính siêu dẫn của LK-99 bắt nguồn từ biến dạng cấu trúc vi mô sinh ra do co thể tích nhẹ”
Trước đây cũng từng có nghiên cứu về việc thay đổi cách sắp xếp cấu trúc nguyên tử do làm lạnh, v.v. ảnh hưởng thế nào đến tính siêu dẫn. Có vẻ các nhà nghiên cứu đã cố giữ khoảng cách của chất siêu dẫn ở trạng thái lạnh ngay cả sau khi gia nhiệt. Nghe có cùng hướng với nghiên cứu đó, nhưng tôi không tìm lại được, nên nếu sai xin hãy đính chính
Nó vẫn có thể khá giòn và khó xử lý, nhưng khả năng này trông có vẻ là thật
https://news.ycombinator.com/item?id=36479776
Đồ thị ở trang 3 trông đúng như những gì người ta kỳ vọng nếu đó là chất siêu dẫn thật sự. Đặc biệt là quan hệ giữa dòng điện, điện áp và nhiệt độ
Nếu họ không tạo ra được chất siêu dẫn hoặc không trắng trợn làm giả dữ liệu, tôi không biết làm sao lại có các đồ thị như vậy. Đây có thể là chuyện cực kỳ lớn
Nếu tái lập được thì đây là sự kiện lịch sử; nếu không thì nó sẽ thành chuyện kiểu nhiệt hạch lạnh hoặc neutrino nhanh hơn ánh sáng
Rất đáng đọc chuỗi bình luận này của các nhà nghiên cứu siêu dẫn: https://www.reddit.com/r/worldnews/comments/159g2k4/comment/...
Họ nói bài báo có nhiều vấn đề và không đạt chuẩn nghiên cứu siêu dẫn hiện nay. Một trong số họ thậm chí còn nói nghiên cứu của Dias nghe có vẻ thuyết phục hơn cái này
Khả năng mạch bị ngắt rồi lại nối lại đúng theo cách khớp như vậy có vẻ thấp. Dù vậy tôi vẫn còn khá hoài nghi
Nếu là thật thì đây là chuyện cực lớn. Tôi không phải chuyên gia hóa học, nhưng quy trình tổng hợp về cơ bản trông có vẻ đơn giản. Tất nhiên là nếu xem chân không 10e-5 torr là đơn giản, và vật liệu cũng có vẻ là các kim loại tiêu chuẩn dễ kiếm
Chỉ đọc mô tả thì có cảm giác cũng có thể làm ở nhà. Không gian tìm kiếm lớn đến mức không thể tưởng tượng nổi nên khả năng tồn tại một vật liệu như vậy là có, nhưng chất lượng bài báo tự nó chưa đủ để khiến tôi phấn khích
Tôi sẽ giữ sự hoài nghi lành mạnh cho đến khi các nhà khoa học vật liệu thực thụ đánh giá hoặc người khác tái lập được
Thậm chí có vẻ còn không cần bước ủ chậm, cẩn thận trong môi trường oxy chảy vốn thường cần thiết. Sẽ không ngạc nhiên nếu còn có phương pháp đơn giản hơn
Ví dụ, trong các phương pháp tổng hợp nhanh YBCO có cách dùng một thuyền alumina nhỏ, bông thủy tinh, lò vi sóng gia dụng 800W, và hỗn hợp tiền chất đã chỉnh sửa đôi chút. Khi gia nhiệt, hỗn hợp giải phóng oxy và bị giữ trong bông thủy tinh quanh mẫu, nên không cần nối máy làm giàu oxy. Theo tôi nhớ, chuẩn bị mẫu chỉ mất khoảng 15 phút
Thật sự rất hào hứng. Tôi đã đọc hàng trăm bài báo về chế tạo và kiểm thử chất siêu dẫn trong nhiều năm, và ít nhất từ góc nhìn của một nhà khoa học điên kiểu công dân, nó có vẻ có đủ các dấu hiệu của tính chính đáng
Chân không 10e-5 cũng có thể đạt dễ dàng bằng bơm turbo được hỗ trợ bởi bơm cơ học, không phải thiết bị đặc biệt hay đắt tiền
Máy hàn chùm electron ở chỗ tôi làm duy trì 10E-6/10E-7 cả ngày trong buồng E-gun chỉ với một bơm turbo nhỏ hoặc bơm khuếch tán. Buồng cũng không dùng vật liệu gì đặc biệt, chỉ thép không gỉ hoặc nhôm, cùng vòng đệm Viton O-ring
Máy hàn chùm electron ở chỗ tôi làm duy trì 1E-6/1E-7 cả ngày trong buồng E-gun chỉ với một bơm turbo nhỏ hoặc bơm khuếch tán. Buồng cũng không dùng vật liệu gì đặc biệt, chỉ thép không gỉ hoặc nhôm, cùng vòng đệm Viton O-ring
Thí nghiệm e-gun nhỏ của tôi chỉ dùng Alcatel Pascal 2008 mà cũng đạt khoảng 3E-3. Hiện tôi đang dựng một hệ thống lớn hơn gắn bơm khuếch tán VHS4 và cold trap, có vẻ sẽ dễ dàng vào vùng -6
Một bài báo thú vị. Hy vọng nó không đi theo cùng kịch bản với nhóm khác từng tuyên bố có chất siêu dẫn ở nhiệt độ phòng vào năm 2020 rồi sau đó bị phát hiện là gian lận
https://www.nature.com/articles/d41586-023-02401-2
Tuyên bố lần này rất đơn giản để hiểu và cũng rất nhất quán với tính siêu dẫn. Hiện tượng xuất hiện ở quy mô vĩ mô trong điều kiện áp suất và nhiệt độ bình thường, còn có video sẽ không hợp lý nếu không có tính siêu dẫn, và quan trọng nhất là công thức chế tạo vật liệu rất đơn giản
Các phòng thí nghiệm trên khắp thế giới sẽ không khó tái lập, và nhiều YouTuber cũng có thể tái lập. Nói cách khác, kết quả này có thể là giả, nhưng nếu vậy thì toàn bộ kết quả, video và ảnh đều phải bị dàn dựng. Và vì quá dễ tái lập nên nó sẽ bị lộ rất nhanh
Nếu là thật, phần lớn có thể được tái lập trong vài tuần, chủ yếu phụ thuộc thời gian mua vật liệu. Để công bố thành bài báo thì sẽ lâu hơn, nhưng YouTuber có thể còn nhanh hơn. Đây sẽ không phải tình huống phải 2 năm sau mới biết là gian lận; tối đa trong vài tháng sẽ biết YouTuber có tái lập được hay không, và trong vòng 1 năm cũng sẽ rõ các phòng thí nghiệm có tái lập được không
Lướt qua bài báo thì dù hoàn toàn không có chuyên môn trong lĩnh vực này, nó vẫn đọc giống như một bài báo chính thức
Tuy nhiên việc được viết bằng Word chứ không phải LaTeX khiến nó có vẻ kém thuyết phục hơn một chút, và tất nhiên cũng có khả năng thiết bị thí nghiệm có lỗi
Điều nổi bật nhất là việc này được thực hiện trên màng mỏng, và phần giải thích rằng các khuyết tật cấu trúc tạo ra biến dạng trong vật liệu, còn biến dạng đó làm cho tính siêu dẫn trở nên khả thi. Có lẽ vì là màng mỏng nên ở 25°C nó chỉ chịu được khoảng 250mA rồi mất tính siêu dẫn. Ngay cả nếu bài báo đúng, việc nâng lên dòng điện cao hơn có thể sẽ khó. Hoặc cũng có thể cuộn một màng mỏng rộng lại để cho dòng điện chạy qua tùy mức mong muốn
Chỉnh sửa: Tôi đã đọc nhầm phần màng mỏng. Họ cũng tạo màng mỏng, nhưng vật liệu thử nghiệm chủ yếu được mô tả kiểu như “sau phản ứng, thu được một thỏi màu xám đậm một cách có thể tái lập, và để đo điện, nó được tạo thành dạng hình hộp chữ nhật mỏng”; tôi chưa tìm thấy ngay kích thước
Siêu dẫn có một “ngân sách”[1] chung giữa từ trường, nhiệt độ và dòng điện. Ở 25°C, vật liệu gần với nhiệt độ tới hạn nên việc khả năng mang dòng giảm là điều tự nhiên. Ở nhiệt độ thấp hơn, màng mỏng hẳn phải cho dòng điện lớn hơn chạy qua
Dù vậy, nếu đang nghĩ đến việc làm CPU siêu dẫn thì 250mA là dòng điện đủ dùng
[1] http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/Solids/scbc2.html
Bổ sung sau khi đọc bài báo: họ tuyên bố nhiệt độ tới hạn rất cao, khoảng 126°C. Có thể thấy sự phụ thuộc vào nhiệt độ ở Hình 1e; nó cách nhiệt độ tới hạn xa hơn tôi dự đoán nhiều, và ở nhiệt độ phòng thì chỉ cần làm mát nhẹ cũng dường như tạo ra hiệu ứng lớn. Rất đáng mong chờ các nỗ lực tái lập. Tuy nhiên vật liệu này về bản chất trông gần giống phân tử 2 chiều. Chúng ta đã đặt kỳ vọng vào graphene suốt hàng chục năm, nhưng vẫn chưa tích hợp được vào quy trình có khả năng mở rộng
Điều thú vị hơn là tính linh hoạt. Các chất siêu dẫn gốm làm lạnh bằng nitơ lỏng hiện nay hoàn toàn không linh hoạt và rất dễ vỡ. Chúng có thể ổn với đường truyền tải, nhưng sẽ khá khó dùng cho nhiều loại cuộn dây
Cập nhật: theo bài báo thì câu trả lời là “có”. Bài viết nói rằng “các hiện tượng tương tự Josephson trong tiếp giáp siêu dẫn-kim loại thường-siêu dẫn underdamped hoặc trong chất siêu dẫn liên kết giữa các hạt tinh thể, cũng như hiệu ứng nhiệt điện giữa các hạt tinh thể hoặc trong mạng nội bộ, đã được quan sát”