原创 | 文 BFT机器人
上周，全球物理学界迎来了一则令人震惊的消息：一支韩国科学家团队宣布他们发现了全球首个室温超导材料。这种材料被称为“改性铅磷灰石晶体结构（下称LK-99，一种掺杂铜的铅磷灰石）”。这项研究引起了全球范围内的轰动，目前已有多个机构和实验室，包括北航、美国伯克利国家实验室、中科院沈阳国家材料实验室和印度国家实验室，纷纷披露了相关的进展。
根据综合的消息，LK-99可能存在超导相，但其含量非常低，只能在宏观上观测到微弱的抗磁性。如果含量稍微增加一些，可能会观测到抗磁跳变曲线。但由于晶格的有效分散，很难观测到迈斯纳效应。
华中科技大学研究团队提供了一段视频，展示了LK-99的迈斯纳效应。在视频中，我们可以看到一块LK-99材料被放置在磁铁上后，竟然悬浮在空中。这种悬浮状态是物体转变为超导体的典型特征之一，即迈斯纳效应。
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在华中科技大学材料科学与技术学院，由常海欣教授指导，博士后武浩和博士研究生杨丽成功地首次验证了在室温下可以实现比Sukbae Lee样品更大悬浮角度的LK-99晶体的磁悬浮。这一突破性进展有望实现真正的室温非接触超导磁悬浮的潜力。
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论文地址：https://arxiv.org/pdf/2307.16040.pdf
论文中，研究人员利用第一原理计算研究了LK-99及其母体化合物的电子结构进行了研究，旨在揭示铜的掺杂效应。研究结果显示，母体化合物是绝缘体，而铜的掺杂会导致绝缘体向金属的转变，并引起体积收缩。
在LK-99中，费米级附近的能带结构表现出一个半填充的平坦带和一个完全填充的平坦带。这两个平坦带是由1/4占据的O原子的2p轨道和Cu的3d轨道与其最近邻O原子的2p轨道的混合形成的。但论文并没有下定论该材料是否能超导。
01
美国国家实验室：模拟发现存在超导特征
美国劳伦斯伯克利国家实验室的研究人员也提交了一份arXiv论文，提供了关于室温超导的理论支持。他们通过计算机模拟证明了室温超导的理论存在，并指出了Cu掺混的积极作用。
论文地址：https://arxiv.org/pdf/2307.16892.pdf
02
怎么产生超导量子阱？
韩国团队发表的论文中提到，Cu2+离子替换Pb2+离子在Pb(2)-磷酸盐的绝缘网络中会产生应力并形成超导量子阱。
Cu2+离子比Pb2+离子更小，这导致了晶格的体积缩小。这种离子替换引起了网络部分的应力，从而导致微小的结构畸变和应变。这些应力和应变创造了一个电子态，促使超导性的出现。具体来说，应力和应变改变了材料的电子结构，使其在室温和常压下表现出超导性。这种应力诱导的超导量子阱的形成为超导性的出现提供了基础。
03
超导材料有什么意义？
超导技术被认为是可能引发工业革命的最早技术之一，当提到这一点时，几乎所有人会立即想到目前远距离输电中损耗15%电能的问题。
当今国际政治博弈中，能源和能源运输是两个重要焦点。从技术角度来看，能源最终转化为电能，但成本问题仍是一个让人头痛的难题。因此，我们仍然依赖石油、煤炭、天然气等化石能源，因为远距离电能传输非常困难。
电能传输不仅技术复杂，而且一旦距离超过几千公里，传输变得非常困难。因此，发电区域和用电区域之间存在一定的限制。
如果超导材料得到成功应用，那么与电能相关的所有设备都将刷新其性能！功率将大幅增加、能耗降低、结构简化，而且不会产生热量。比如：数码产品的待机时间将大大延长而且几乎不会损坏。超导发电机的效率，一个能抵过去的十个，根本不用担心用电问题，所有的工业变速装置也将成为历史。无论是哪国人发明的，都将改天换地，人民幸福指数直线上涨。
论文资料：[1] Lee, Sukbae, Jihoon Kim and Young‐Wan Kwon. “The Firs Room-Temperature Ambient-Pressure Superconductor.” (2023).
初稿 | LJY
终稿 | 猫
排版 | 居居手
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