科學家正在反駁炒作超導體 LK-99

特別報導

文 / 歐陽永叔

韓國團隊聲稱發現了一種在室溫和環境壓力下工作的超導體，這一消息引起了廣泛關注，並促使科學家和業餘愛好者進行了大量的複製工作。但最初在實驗和理論上重現這一值得關注的結果的努力卻未能成功，研究人員仍然深感懷疑。丹·加里斯托(Dan Garisto) 發表在最新一期《自然》(Nature)的<聲稱的超導體 LK-99 在網上引起轟動，但複製工作卻不盡如人意>(Claimed superconductor LK-99 is an online sensation — but replication efforts fall short)說，社交媒體上充斥著有關超導體 LK-99的討論，但一些科學家正在反駁這種炒作。(Social media is abuzz with chatter about the material, but some scientists are pushing back on the hype.)

無法保證室溫超導體具有實際用途

由首爾初創公司量子能源研究中心的 Sukbae Lee 和 Ji-Hoon Kim 領導的團隊在 arXiv 服務器 25 日 7 月 1 日發布的預印本中報告稱，銅、鉛、磷和氧的化合物，被稱為LK -99 的超導體在環境壓力和溫度至少可達-127 °C下。研究小組表示，樣品顯示出超導性的兩個關鍵特徵：零電阻和邁斯納效應，在邁斯納效應中，材料排出磁場，導致樣品懸浮在磁鐵上方。以前的努力僅在極低的溫度或極高的壓力下實現了材料的超導性。尚未證實任何材料在環境條件下是超導體。

LK-99 所謂的超導性立即引起了科學家的密切關注。「我的第一印像是『不』，」加州大學戴維斯分校的凝聚態實驗學家維什克( Inna Vishik) 說。「這些有時被稱為『不明超導物體』的東西可靠地出現在 arXiv 上。大約每年都會有一個新的。」 超導技術的進步經常因其對計算機芯片和磁懸浮列車等技術的潛在影響而受到吹捧，但維什克指出，這種興奮可能是錯誤的。從歷史上看，超導技術的進步給基礎科學帶來了巨大的好處，但對日常應用卻影響甚微。維什克說，無法保證室溫超導體具有實際用途。

研究都沒有提供任何超導性的直接證據

複製 LK-99 結果的首次嘗試並未改善該材料的前景。這些研究都沒有提供任何超導性的直接證據。（韓國團隊沒有回應《自然》雜誌的置評請求。）

位於新德里的印度國家物理實驗室3和位於北京的北京航空航天大學的團隊進行的兩項獨立的實驗工作報告合成了 LK-99，但沒有觀察到超導的跡象。中國南京東南大學的研究人員進行的第三次實驗沒有發現邁斯納效應，但在-163 °C (110 K) 下測得LK-99 的電阻接近於零，該溫度遠低於室溫，但對於超導體來說卻很高。

理論家也加入了爭論。多項研究使用稱為密度泛函理論 (DFT) 的計算技術來計算 LK-99 的電子結構。DFT 計算表明了有趣的電子特徵，這些特徵在其他材料中與鐵磁性和超導性等行為相關。但沒有一項研究發現證據表明 LK-99 在環境條件下可以成為超導體。

Replicators首先嘗試按照韓國團隊描述的工藝合成LK-99，其中包括混合粉末成分和兩個階段的加熱，第二階段達到925°C。（高溫和鉛的使用引起了人們對業餘複製嘗試的擔憂，研究人員稱這是危險的。）

-163°C 下實現零電阻的說法被提出了質疑

為了確認所得材料的結構和特性，複製器使用了 X 射線衍射（一種原子成像技術）。北航團隊得出的結論是，其樣品的結構與LK-99的結構「高度一致」。

印度國家物理實驗室團隊成員、物理學家 Veerpal Singh Awana 承認他們的樣本與韓國團隊的樣本之間存在細微差別。「我們的 LK-99 與報導的超導 LK-99 非常相似，」他說。但倫敦大學學院的化學家羅伯特·帕爾格雷夫表示，通過這些複製嘗試獲得的兩種 X 射線衍射圖案與韓國團隊的圖案以及彼此之間都有顯著不同。（北航團隊成員沒有回應《自然》雜誌的置評請求。）

帕爾格雷夫表示，東南大學團隊獲得的 X 射線衍射數據與韓國團隊的樣本更加一致。但一些研究人員對在-163°C 下實現零電阻的說法提出了質疑。劍橋麻省理工學院的凝聚態物理學家 Evan Zalys-Geller 表示，電阻測量不夠靈敏，無法區分超導體和銅等低電阻金屬。（東南大學團隊成員沒有回應置評請求。）

韓國團隊發現的結構與其他磷酸鉛礦物的結構相似

LK-99 結構的不確定性限制了研究人員從假設給定結構的理論計算中得出的結論。7 月 31 日，推特上發布的一項理論分析引起了在線愛好者的興奮。在加利福尼亞州伯克利市勞倫斯伯克利國家實驗室研究量子材料的 Sinéad Griffin分享了她的論文，並附有美國前總統巴拉克·奧巴馬 (Barack Obama) 表演「麥克風掉落」的 GIF。格里芬使用 DFT 發現 LK-99 具有「平帶」，這表明材料中的電子彼此之間具有很強的相關性，這引發了這種樂觀情緒。「平帶系統往往會表現出有趣的物理現象，」維什克說。「因此，當一種材料被預測具有平帶時，人們會感到有點興奮。」格里芬後來反駁了這種樂觀態度，他在推特上寫道： 「我的論文*沒有*證明也沒有提供超導性的證據」。

新澤西州普林斯頓大學的固態化學家萊斯利·肖普 (Leslie Schoop) 表示，其他理論分析也表明存在平帶，但所有這些分析都依賴於有關結構的相同假設。「簡而言之，在我知道正確的晶體結構之前，我不會相信任何 DFT，」她說。

格里芬同意了解結構至關重要。但她表示，韓國團隊發現的結構與其他磷酸鉛礦物的結構相似。「所以認為這是可能的並不太奇怪。」

備受爭議的物理學家Ranga Dias的說法都曾成為頭條新聞

肖普說，即使未來的實驗證實了平帶，這一特徵並不意味著該材料將表現出室溫超導性。平帶和超導性之間的關聯來自其他材料，例如「扭曲」的石墨烯層（稍微偏移的原子級薄碳片），它在-271 °C (1.7 K) 下表現出超導性，並具有平帶。但這並沒有提供證據證明鉛基 LK-99 在研究人員聲稱的溫度下具有超導性，Schoop 說。

複製嘗試的有限成功並沒有平息網上的猜測。儘管許多材料和物體（例如石墨、青蛙和鉗子）都可以表現出類似的磁性行為，但未經證實的樣本視頻（據稱是由於超導性而懸浮）已作為病毒證據流傳開來。

此前有關室溫超導的說法，包括備受爭議的物理學家蘭加·迪亞斯 (Ranga Dias)在三月份提出的說法，都曾成為頭條新聞。但與 LK-99 相關的關注度已經超過了它的許多前輩。由於對炒作氣氛感到沮喪，一些科學家開始用繩子和其他道具懸掛日常材料來模仿懸浮視頻。紐約賓厄姆頓大學的物理學家埃里克·阿斯普林 (Eric Aspling) 表示：「有一天，我打開 Twitter，注意到一堆粗略的視頻，其中有漂浮的小卵石。」 作為回應，他上傳了一段視頻，其中展示了用膠帶懸掛的「LK-99 形狀為叉子的樣本」。「我想，『如何才能讓任何人相信這一點呢？』」他說。