《万物简史》是一本由英国物理学家史蒂芬·霍金撰写的科普读物,全名为《A Brief History of Time: From the Big Bang to Black Holes》,首次出版于1988年。这本书旨在向非专业读者解释宇宙的起源、结构、发展和最终命运,同时探讨了时间和空间的本质。
书中,霍金带领读者从宇宙大爆炸开始,讨论了宇宙的扩张、星系的形成、恒星的生命周期以及黑洞的性质。霍金还介绍了相对论和量子力学等现代物理理论,解释了它们如何帮助我们理解宇宙的运作机制。
霍金在书中提出了“无边界条件”的概念,这是他关于宇宙起源的一个重要理论。他认为,由于宇宙没有边界,因此它没有起点也没有终点。这个观点挑战了传统的宗教和哲学观念,引起了广泛的讨论。
《万物简史》不仅是一部科学著作,它还融合了哲学、宇宙学和物理学的深刻见解,试图回答人类关于存在的根本问题。霍金以通俗易懂的语言,结合丰富的比喻和生动的例子,使得复杂的物理概念变得易于理解。
这本书自出版以来,受到了全世界读者的喜爱,成为了科普文学的经典之作。它不仅普及了科学知识,也激发了人们对宇宙奥秘的好奇心和探索欲。 当然,以下是《万物简史》中的一些关键观点:
1. 宇宙的起源:霍金在书中阐述了宇宙大爆炸理论,即宇宙起源于一个极度热密的奇点,然后经历了快速膨胀和冷却的过程。
2. 宇宙的结构:他介绍了宇宙中的物质和能量分布,以及星系、恒星、行星等天体的形成和演化。
3. 时间和空间:霍金探讨了时间和空间的本质,提出了时间箭头的概念,即时间具有方向性,从过去流向未来。他还讨论了时空弯曲的概念,即物体的质量能够弯曲周围的时空结构。
4. 黑洞:霍金详细介绍了黑洞的性质和行为,包括黑洞的形成、事件视界、奇点等概念。他还提出了黑洞辐射的理论,即黑洞能够发射出辐射,从而逐渐蒸发消失。
5. 无边界条件:霍金提出了“无边界条件”的概念,认为宇宙没有边界,因此没有起点也没有终点。这个观点挑战了传统的宗教和哲学观念,引发了广泛的讨论。
6. 统一理论:霍金在书中探讨了统一理论的可能性,即一种能够描述所有基本粒子和相互作用力的理论。他认为,这种理论可能是物理学的终极目标,但目前还未找到确切的答案。
这些关键观点不仅展示了霍金对宇宙和物理学的深刻见解,也激发了人们对未知领域的探索和好奇心。 在《万物简史》中,霍金提到了许多有趣的科学事实,以下是其中一些:
1. 宇宙的年龄:霍金指出,根据大爆炸理论,宇宙的年龄约为137亿年。这个数字是通过观测远处的星系并测量它们的红移来确定的。
2. 宇宙的膨胀:霍金解释了宇宙膨胀的概念,即宇宙从大爆炸开始后,一直在不断地膨胀。他还指出,宇宙的膨胀速度甚至超过了光速,但这并不违反相对论,因为膨胀是整个空间本身的扩张,而不是物质在空间中的移动。
3. 黑洞的奇异性质:霍金详细描述了黑洞的奇异性质,例如它们的强大引力场和事件视界。他还提出了黑洞辐射的理论,即黑洞能够发射出辐射,从而逐渐蒸发消失。这个理论当时还未得到实验验证,但后来的研究证实了黑洞确实可以发射辐射。
4. 时间的箭头:霍金探讨了时间的箭头的概念,即时间具有方向性,从过去流向未来。他解释了为什么时间的箭头总是指向未来,而不是过去,这与熵增原理有关,即封闭系统的熵(无序度)总是趋向于增加。
5. 平行宇宙:霍金还提到了平行宇宙的概念,即存在许多与我们宇宙相似或不同的宇宙。他认为,平行宇宙的存在可能是多重宇宙理论的一部分,但目前还无法证实。
这些有趣的科学事实不仅展示了霍金对宇宙和物理学的深刻见解,也激发了人们对未知领域的探索和好奇心。#我在惠州同你一起阅读##全国文明城市惠州##期待学力星球任博先生早日归来##学力星球大战三百回合##星座##你还看小杨哥视频吗# https://t.cn/RJhai0A
书中,霍金带领读者从宇宙大爆炸开始,讨论了宇宙的扩张、星系的形成、恒星的生命周期以及黑洞的性质。霍金还介绍了相对论和量子力学等现代物理理论,解释了它们如何帮助我们理解宇宙的运作机制。
霍金在书中提出了“无边界条件”的概念,这是他关于宇宙起源的一个重要理论。他认为,由于宇宙没有边界,因此它没有起点也没有终点。这个观点挑战了传统的宗教和哲学观念,引起了广泛的讨论。
《万物简史》不仅是一部科学著作,它还融合了哲学、宇宙学和物理学的深刻见解,试图回答人类关于存在的根本问题。霍金以通俗易懂的语言,结合丰富的比喻和生动的例子,使得复杂的物理概念变得易于理解。
这本书自出版以来,受到了全世界读者的喜爱,成为了科普文学的经典之作。它不仅普及了科学知识,也激发了人们对宇宙奥秘的好奇心和探索欲。 当然,以下是《万物简史》中的一些关键观点:
1. 宇宙的起源:霍金在书中阐述了宇宙大爆炸理论,即宇宙起源于一个极度热密的奇点,然后经历了快速膨胀和冷却的过程。
2. 宇宙的结构:他介绍了宇宙中的物质和能量分布,以及星系、恒星、行星等天体的形成和演化。
3. 时间和空间:霍金探讨了时间和空间的本质,提出了时间箭头的概念,即时间具有方向性,从过去流向未来。他还讨论了时空弯曲的概念,即物体的质量能够弯曲周围的时空结构。
4. 黑洞:霍金详细介绍了黑洞的性质和行为,包括黑洞的形成、事件视界、奇点等概念。他还提出了黑洞辐射的理论,即黑洞能够发射出辐射,从而逐渐蒸发消失。
5. 无边界条件:霍金提出了“无边界条件”的概念,认为宇宙没有边界,因此没有起点也没有终点。这个观点挑战了传统的宗教和哲学观念,引发了广泛的讨论。
6. 统一理论:霍金在书中探讨了统一理论的可能性,即一种能够描述所有基本粒子和相互作用力的理论。他认为,这种理论可能是物理学的终极目标,但目前还未找到确切的答案。
这些关键观点不仅展示了霍金对宇宙和物理学的深刻见解,也激发了人们对未知领域的探索和好奇心。 在《万物简史》中,霍金提到了许多有趣的科学事实,以下是其中一些:
1. 宇宙的年龄:霍金指出,根据大爆炸理论,宇宙的年龄约为137亿年。这个数字是通过观测远处的星系并测量它们的红移来确定的。
2. 宇宙的膨胀:霍金解释了宇宙膨胀的概念,即宇宙从大爆炸开始后,一直在不断地膨胀。他还指出,宇宙的膨胀速度甚至超过了光速,但这并不违反相对论,因为膨胀是整个空间本身的扩张,而不是物质在空间中的移动。
3. 黑洞的奇异性质:霍金详细描述了黑洞的奇异性质,例如它们的强大引力场和事件视界。他还提出了黑洞辐射的理论,即黑洞能够发射出辐射,从而逐渐蒸发消失。这个理论当时还未得到实验验证,但后来的研究证实了黑洞确实可以发射辐射。
4. 时间的箭头:霍金探讨了时间的箭头的概念,即时间具有方向性,从过去流向未来。他解释了为什么时间的箭头总是指向未来,而不是过去,这与熵增原理有关,即封闭系统的熵(无序度)总是趋向于增加。
5. 平行宇宙:霍金还提到了平行宇宙的概念,即存在许多与我们宇宙相似或不同的宇宙。他认为,平行宇宙的存在可能是多重宇宙理论的一部分,但目前还无法证实。
这些有趣的科学事实不仅展示了霍金对宇宙和物理学的深刻见解,也激发了人们对未知领域的探索和好奇心。#我在惠州同你一起阅读##全国文明城市惠州##期待学力星球任博先生早日归来##学力星球大战三百回合##星座##你还看小杨哥视频吗# https://t.cn/RJhai0A
分离了杂质的LK-99不是超导体,而是具有百万欧姆电阻的绝缘体[doge]
造谣的动动嘴,辟谣的跑断腿。更荒诞的是,炒作的时候流量成千上万,事后澄清就冷冷清清,炒作家们又去追寻下一个热点了[允悲]请大家支支招,做科普的该怎么办?
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LK-99“室温超导”假象源自Cu2S一级结构相变
原创 朱世林 等 中国物理学会期刊网 2024-03-11 10:01 北京
|作者:朱世林1 吴伟1,2,† 李政1,2 雒建林1,2,††
(1 中国科学院物理研究所)
(2 中国科学院大学物理科学学院)
本文选自《物理》2024年第2期
1
引 言
超导体具有零电阻和完全抗磁性(迈斯纳效应)两个特征,可用于电力传输、超导磁悬浮、核聚变等能源领域。此外,超导是一种宏观量子现象,可以用于量子计算、量子通讯等信息领域。自1911年第一个超导体被发现以来,超导体临界温度(Tc)从最初的液氦温区提升到了液氮温区,已发现的常压下最高Tc的超导体是HgBa2Ca2Cu3O8+x,Tc约134 K[1]。然而目前已知的常压下超导体的Tc都远低于室温,这极大限制了超导材料的应用。2023年7月22日韩国高丽大学Sukbae Lee等人声称在常压下铜掺杂的铅磷灰石中观测到Tc为127℃(400 K)的超导转变[2—4],其化学式为Pb10-xCux(PO4)6O (0.9
随后,若干科研团队尝试重复LK-99的实验,有多个LK-99悬浮视频在社交媒体上流传,但没有任何科研团队观测到完全抗磁性和零电阻行为[9—12]。有一些团队在几十微米的样品中观测到半磁悬浮现象,他们认为这可能与超导体中的迈斯纳效应有关,但由于样品过小,无法测量其电阻。而另外一些团队对半悬浮现象给出了理论分析,认为这些现象和超导电性无关。虽然不同研究组制备样品的物性各不相同,但是LK-99中电阻陡降的行为一直未被复现,而对LK-99电阻陡降行为的重复是判断其是否为超导体的关键。
2
数据猜测
韩国团队论文中提及的XRD数据表明LK-99中有Cu2S杂质,因其含量不到10%而被忽视。然而超导探索中很多类似超导转变的行为都是杂质引起,因此对杂质的分析是排除假象的关键一步。根据文献报道,离子导体Cu2S在400 K附近有一个从高温六角相转变为低温单斜相的相变[13—15],Cu2S的电导以及热膨胀系数在这个相变温度会发生明显的变化,因此LK-99的电阻陡变行为可能是杂质Cu2S导致。之前的文献没有Cu2S详细的升降温电阻率数据,因此我们团队将99.5%纯度的Cu2S粉末冷压成片,用标准四电极法测量其电阻率。图1的测量结果表明,Cu2S的电阻率在400 K附近确实存在一个陡峭的跳变,电阻率从高温到低温减小超过3个数量级。这个电阻陡降行为貌似超导转变,并且相变温度与LK-99的电阻率陡降温度接近[16]。升温和降温的电阻率实验曲线显示,相变有约10 K的迟滞行为,说明这是一级相变。虽然Cu2S电阻率下降超过3个数量级,但并未达到零电阻,并且在低温区,电阻随温度降低逐渐变大。Cu2S的电阻行为使我们猜测,在LK-99中的类似超导转变可能源于其杂质Cu2S的结构相变导致的电阻率骤降。
图片
图1 对数坐标下Cu2S电阻率随温度的变化关系。电阻率在400 K相变附近变化超过3个数量级。升降温曲线在相变温度不重合,有明显迟滞,说明此相变是一级相变。相变后电阻率不为零,而是保持一个有限值。插图为线性坐标下Cu2S电阻随温度的变化关系,因为电阻变化几个数量级,所以画成线性坐标后电阻率变化和超导相变很像[16]
3
实验设计
为了判断Cu2S对LK-99的影响,我们制备了两种Cu2S含量的LK-99:S1(含Cu2S 5%)和S2(含Cu2S 70%)。如图2所示,所有样品的电阻率都有一级结构相变特有的热迟滞行为,相变温度均在400 K附近。S1样品是绝缘体,在低温下,电阻率已经超过仪器的量程范围。在纯Cu2S和S2中,400 K附近的电阻率行为和超导相变相似,转变温度区间很窄。S2样品在相变处电阻率下降达到70%,而且在100 K到相变温区,电阻率行为表现出金属行为,在100 K以下才慢慢表现出半导体行为。图2(b)和(d)为S2和S1样品在相变温度附近的放大图,从图中也能看出,这两个样品以及纯Cu2S的相变温度并非完全重合,也说明Cu2S在LK-99中的性质会受到一定的影响,可能来源于Cu2S中S含量的差别。在S2样品中的电阻转变与韩国团队报道的LK-99的转变极其类似,完全重复了韩国团队关于电阻陡降的实验现象。
图片
图2 (a)S2样品电阻率随升降温的变化关系,插图为对数坐标下电阻率和温度的对应关系;(b)S2样品相变附近放大图,此图和LK-99在400 K左右的行为基本一致;(c)S1样品电阻率随升降温的变化关系,整体表现出绝缘体行为,说明纯的LK-99应该更绝缘;(d)S1样品相变附近的放大图[16]
磁化率数据也说明这个混合物是一个抗磁性材料[15]。如图3(a)所示,在1 T下磁化率随温度(MT)的升降温曲线显示S2在2—400 K都是抗磁行为,且在380 K能看到明显的相变,而且具有迟滞,再次确认这是一个一级相变,而且温度范围也对应于Cu2S的结构相变温度[15]。如图3(b)所示,磁化强度随磁场(MH)的曲线也表明M在第二和第四象限,是标准的抗磁行为,磁场越大,抗磁性的行为越强。而第二类超导体在更高的磁场下,抗磁行为会减弱,最终完全变为零,S2样品的这些性质和超导体不同。
图片
图3 (a)S2样品的MT曲线,在380 K能看到明显的一级相变,右上角小图是相变附近的局部放大图;(b)S2样品MH曲线,磁场越强,抗磁性的行为越明显。这些普通抗磁材料的性质和超导体的迈斯纳抗磁行为完全不同[16]
综上所述,对比纯Cu2S以及包含不同比例的Cu2S的LK-99电阻率,发现韩国小组在LK-99中的类超导行为和Cu2S在400 K附近的电阻行为极为相似。与超导体的不同之处在于在400 K附近有升降温的热迟滞行为。超导相变是二级相变,在相变温度不会出现热迟滞行为,而只有一级相变才会有热迟滞。通过电阻和磁化率精密测量结果判断:在LK-99中的类似超导行为起源于Cu2S的一级结构相变引起的电阻率下降[16]。
4
后 记
韩国团队合成LK-99的反应中产物不唯一:合成1份铜掺杂铅磷灰石(纯LK-99),会同时产生17份铜和5份硫。这些残留物会导致大量杂质,尤其是韩国团队报道的样品中存在Cu2S。为了得到没有Cu2S的LK-99,8月14日,德国Max-Planck固态研究所的一个团队报道合成了纯的单晶LK-99。与之前需要用到坩埚的合成方法不同,该团队采用浮区法晶体生长技术,不需要在反应中加入硫,可以避免Cu2S杂质的产生。最终得到透明的纯LK-99紫色晶体,化学式为Pb8.8Cu1.2P6O25。分离了杂质的LK-99不是超导体,而是具有百万欧姆电阻的绝缘体。由于电阻过高,无法进行标准的电导率测量。纯LK-99晶体在较大的抗磁背景上表现出很小的铁磁性。该团队在结论中表示,“排除了存在超导性的可能。”另外该团队指出,LK-99中观察到的超导现象要归因于Cu2S杂质,而他们的晶体中没有这种杂质[17]。
判断一个材料是超导体的判据是这个材料具有零电阻和完全抗磁性。对电阻率急速下降和半悬浮的解释,以及纯的Pb8.8Cu1.2P6O25单晶的实验结果[16—19],充分证明LK-99不具有零电阻和完全抗磁性,并非室温超导体。这个结论打破了对于LK-99是首个室温常压超导体的希望。此次事件的起因是Cu2S的一级结构相变被误认为超导转变,之后众多团队合作使其在短时间内得到澄清,这为今后的科研工作提供了很好的范例。去伪才能存真,可以避免在错误的方向上浪费资源和精力,让科学研究保持在重要的方向上。
参考文献
[1] Kazakov S M,Itskevich E S,Bogacheva L N. Jetp. Lett.,1993,58:343
[2] Lee S,Kim J,Im S et al. Journal of the Korean Crystal Growth and Crystal Technology,2023,33:61
[3] Lee S,Kim J H,Kwon Y W. The First Room-Temperature Ambient-Pressure Superconductor. 2023,arXiv:2307.12008
[4] Lee S,Kim J,Kim H T et al. Superconductor Pb10-xCux(PO4)6O Showing Levitation at Room Temperature and Atmospheric Pressure and Mechanism. 2023,arXiv:2307.12037
[5] Bednorz J G,Müller K A. Z. Physik B - Condensed Matter,1986,64:189
[6] Gao L,Xue Y Y,Chen F et al. Phys. Rev. B,1994,50:4260
[7] Drozdov A P,Eremets M I,Troyan I A et al. Nature,2015,525:73
[8] Kong P,Minkov V S,Kuzovnikov M A et al. Nat. Commun.,2021,12:5075
[9] Wu H,Yang L,Xiao B et al. 2023,arXiv:2308.01516
[10] Liu L,Meng Z,Wang X et al. Advanced Functional Materials,2023,33:2308938
[11] Kumar K,Karn N K,Awana V P S. Superconductor Science and Technology,2023,36:10
[12] Hou Q,Wei W,Zhou X et al. Matter,2023,6:4408
[13] Hirahara E. J. Phys. Soc. Jpn.,1951,6:422
[14] Nieroda P,Leszczyński J,Mikuła A et al. Ceramics International,2020,46:25460
[15] Chakrabarti D J,Laughlin D E. Bulletin of Alloy Phase Diagrams,1983,4:254
[16] Zhu S L,Wu W,Li Z et al. Matter,2023,6:4401
[17] Guo K,Li Y,Jia Sh. Science China Physics,Mechanics & Astronomy.,2023,66:107411
[18] Puphal P,Akbar M Y P,Hepting M et al. APL Mater.,2023,11:101128
[19] Timokhin I,Chen C,Wang Z et al. 2023,arxiv:2308.03823
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造谣的动动嘴,辟谣的跑断腿。更荒诞的是,炒作的时候流量成千上万,事后澄清就冷冷清清,炒作家们又去追寻下一个热点了[允悲]请大家支支招,做科普的该怎么办?
https://t.cn/A6YeNaMD
LK-99“室温超导”假象源自Cu2S一级结构相变
原创 朱世林 等 中国物理学会期刊网 2024-03-11 10:01 北京
|作者:朱世林1 吴伟1,2,† 李政1,2 雒建林1,2,††
(1 中国科学院物理研究所)
(2 中国科学院大学物理科学学院)
本文选自《物理》2024年第2期
1
引 言
超导体具有零电阻和完全抗磁性(迈斯纳效应)两个特征,可用于电力传输、超导磁悬浮、核聚变等能源领域。此外,超导是一种宏观量子现象,可以用于量子计算、量子通讯等信息领域。自1911年第一个超导体被发现以来,超导体临界温度(Tc)从最初的液氦温区提升到了液氮温区,已发现的常压下最高Tc的超导体是HgBa2Ca2Cu3O8+x,Tc约134 K[1]。然而目前已知的常压下超导体的Tc都远低于室温,这极大限制了超导材料的应用。2023年7月22日韩国高丽大学Sukbae Lee等人声称在常压下铜掺杂的铅磷灰石中观测到Tc为127℃(400 K)的超导转变[2—4],其化学式为Pb10-xCux(PO4)6O (0.9
随后,若干科研团队尝试重复LK-99的实验,有多个LK-99悬浮视频在社交媒体上流传,但没有任何科研团队观测到完全抗磁性和零电阻行为[9—12]。有一些团队在几十微米的样品中观测到半磁悬浮现象,他们认为这可能与超导体中的迈斯纳效应有关,但由于样品过小,无法测量其电阻。而另外一些团队对半悬浮现象给出了理论分析,认为这些现象和超导电性无关。虽然不同研究组制备样品的物性各不相同,但是LK-99中电阻陡降的行为一直未被复现,而对LK-99电阻陡降行为的重复是判断其是否为超导体的关键。
2
数据猜测
韩国团队论文中提及的XRD数据表明LK-99中有Cu2S杂质,因其含量不到10%而被忽视。然而超导探索中很多类似超导转变的行为都是杂质引起,因此对杂质的分析是排除假象的关键一步。根据文献报道,离子导体Cu2S在400 K附近有一个从高温六角相转变为低温单斜相的相变[13—15],Cu2S的电导以及热膨胀系数在这个相变温度会发生明显的变化,因此LK-99的电阻陡变行为可能是杂质Cu2S导致。之前的文献没有Cu2S详细的升降温电阻率数据,因此我们团队将99.5%纯度的Cu2S粉末冷压成片,用标准四电极法测量其电阻率。图1的测量结果表明,Cu2S的电阻率在400 K附近确实存在一个陡峭的跳变,电阻率从高温到低温减小超过3个数量级。这个电阻陡降行为貌似超导转变,并且相变温度与LK-99的电阻率陡降温度接近[16]。升温和降温的电阻率实验曲线显示,相变有约10 K的迟滞行为,说明这是一级相变。虽然Cu2S电阻率下降超过3个数量级,但并未达到零电阻,并且在低温区,电阻随温度降低逐渐变大。Cu2S的电阻行为使我们猜测,在LK-99中的类似超导转变可能源于其杂质Cu2S的结构相变导致的电阻率骤降。
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图1 对数坐标下Cu2S电阻率随温度的变化关系。电阻率在400 K相变附近变化超过3个数量级。升降温曲线在相变温度不重合,有明显迟滞,说明此相变是一级相变。相变后电阻率不为零,而是保持一个有限值。插图为线性坐标下Cu2S电阻随温度的变化关系,因为电阻变化几个数量级,所以画成线性坐标后电阻率变化和超导相变很像[16]
3
实验设计
为了判断Cu2S对LK-99的影响,我们制备了两种Cu2S含量的LK-99:S1(含Cu2S 5%)和S2(含Cu2S 70%)。如图2所示,所有样品的电阻率都有一级结构相变特有的热迟滞行为,相变温度均在400 K附近。S1样品是绝缘体,在低温下,电阻率已经超过仪器的量程范围。在纯Cu2S和S2中,400 K附近的电阻率行为和超导相变相似,转变温度区间很窄。S2样品在相变处电阻率下降达到70%,而且在100 K到相变温区,电阻率行为表现出金属行为,在100 K以下才慢慢表现出半导体行为。图2(b)和(d)为S2和S1样品在相变温度附近的放大图,从图中也能看出,这两个样品以及纯Cu2S的相变温度并非完全重合,也说明Cu2S在LK-99中的性质会受到一定的影响,可能来源于Cu2S中S含量的差别。在S2样品中的电阻转变与韩国团队报道的LK-99的转变极其类似,完全重复了韩国团队关于电阻陡降的实验现象。
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图2 (a)S2样品电阻率随升降温的变化关系,插图为对数坐标下电阻率和温度的对应关系;(b)S2样品相变附近放大图,此图和LK-99在400 K左右的行为基本一致;(c)S1样品电阻率随升降温的变化关系,整体表现出绝缘体行为,说明纯的LK-99应该更绝缘;(d)S1样品相变附近的放大图[16]
磁化率数据也说明这个混合物是一个抗磁性材料[15]。如图3(a)所示,在1 T下磁化率随温度(MT)的升降温曲线显示S2在2—400 K都是抗磁行为,且在380 K能看到明显的相变,而且具有迟滞,再次确认这是一个一级相变,而且温度范围也对应于Cu2S的结构相变温度[15]。如图3(b)所示,磁化强度随磁场(MH)的曲线也表明M在第二和第四象限,是标准的抗磁行为,磁场越大,抗磁性的行为越强。而第二类超导体在更高的磁场下,抗磁行为会减弱,最终完全变为零,S2样品的这些性质和超导体不同。
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图3 (a)S2样品的MT曲线,在380 K能看到明显的一级相变,右上角小图是相变附近的局部放大图;(b)S2样品MH曲线,磁场越强,抗磁性的行为越明显。这些普通抗磁材料的性质和超导体的迈斯纳抗磁行为完全不同[16]
综上所述,对比纯Cu2S以及包含不同比例的Cu2S的LK-99电阻率,发现韩国小组在LK-99中的类超导行为和Cu2S在400 K附近的电阻行为极为相似。与超导体的不同之处在于在400 K附近有升降温的热迟滞行为。超导相变是二级相变,在相变温度不会出现热迟滞行为,而只有一级相变才会有热迟滞。通过电阻和磁化率精密测量结果判断:在LK-99中的类似超导行为起源于Cu2S的一级结构相变引起的电阻率下降[16]。
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后 记
韩国团队合成LK-99的反应中产物不唯一:合成1份铜掺杂铅磷灰石(纯LK-99),会同时产生17份铜和5份硫。这些残留物会导致大量杂质,尤其是韩国团队报道的样品中存在Cu2S。为了得到没有Cu2S的LK-99,8月14日,德国Max-Planck固态研究所的一个团队报道合成了纯的单晶LK-99。与之前需要用到坩埚的合成方法不同,该团队采用浮区法晶体生长技术,不需要在反应中加入硫,可以避免Cu2S杂质的产生。最终得到透明的纯LK-99紫色晶体,化学式为Pb8.8Cu1.2P6O25。分离了杂质的LK-99不是超导体,而是具有百万欧姆电阻的绝缘体。由于电阻过高,无法进行标准的电导率测量。纯LK-99晶体在较大的抗磁背景上表现出很小的铁磁性。该团队在结论中表示,“排除了存在超导性的可能。”另外该团队指出,LK-99中观察到的超导现象要归因于Cu2S杂质,而他们的晶体中没有这种杂质[17]。
判断一个材料是超导体的判据是这个材料具有零电阻和完全抗磁性。对电阻率急速下降和半悬浮的解释,以及纯的Pb8.8Cu1.2P6O25单晶的实验结果[16—19],充分证明LK-99不具有零电阻和完全抗磁性,并非室温超导体。这个结论打破了对于LK-99是首个室温常压超导体的希望。此次事件的起因是Cu2S的一级结构相变被误认为超导转变,之后众多团队合作使其在短时间内得到澄清,这为今后的科研工作提供了很好的范例。去伪才能存真,可以避免在错误的方向上浪费资源和精力,让科学研究保持在重要的方向上。
参考文献
[1] Kazakov S M,Itskevich E S,Bogacheva L N. Jetp. Lett.,1993,58:343
[2] Lee S,Kim J,Im S et al. Journal of the Korean Crystal Growth and Crystal Technology,2023,33:61
[3] Lee S,Kim J H,Kwon Y W. The First Room-Temperature Ambient-Pressure Superconductor. 2023,arXiv:2307.12008
[4] Lee S,Kim J,Kim H T et al. Superconductor Pb10-xCux(PO4)6O Showing Levitation at Room Temperature and Atmospheric Pressure and Mechanism. 2023,arXiv:2307.12037
[5] Bednorz J G,Müller K A. Z. Physik B - Condensed Matter,1986,64:189
[6] Gao L,Xue Y Y,Chen F et al. Phys. Rev. B,1994,50:4260
[7] Drozdov A P,Eremets M I,Troyan I A et al. Nature,2015,525:73
[8] Kong P,Minkov V S,Kuzovnikov M A et al. Nat. Commun.,2021,12:5075
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[10] Liu L,Meng Z,Wang X et al. Advanced Functional Materials,2023,33:2308938
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全国两会期间,新质生产力是当仁不让的热词,政府工作报告专门提到,“开辟量子技术、生命科学等新赛道,创建一批未来产业先导区”。量子技术、生命科学都是济南高新区重点谋划、悉心培育超过十年的产业。生命科学产业中的美妆板块是山东省近年来发展颇为亮眼的赛道,2021年,山东首次提出实施“美妆山东”计划,推动山东省化妆品产业从原料大省向品牌大省跨越;2023年1月,《山东省促进化妆品产业高质量发展实施意见》发布实施,正式提出要让“鲁妆”与广州“白云美湾”、上海“东方美谷”并驾齐驱。这个省级战略里,济南是中心,而济南高新区是核心。
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