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解讀|理論可行,所以韓國科學(xué)家室溫超導(dǎo)反轉(zhuǎn)了?其實完全沒有

袁嵐峰
2023-08-05 08:12
科學(xué)湃 >
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·這篇理論文章的結(jié)果即使是正確的,意義也很有限。它離解釋室溫常壓超導(dǎo)的距離,就好比從預(yù)測某位孕婦可能要生了,到預(yù)測這位小朋友將來能得諾貝爾獎,那么大。

關(guān)于最近韓國科學(xué)家宣稱的室溫常壓超導(dǎo),我已經(jīng)寫了一篇文章,基本解釋清了這個問題。最基本的結(jié)論是,他們的數(shù)據(jù)不足以支撐自己的宣稱,實際上沒有任何零電阻的證據(jù),他們錯把一個沒有超導(dǎo)的材料當成了超導(dǎo)。

這不是我一個人的看法,而是超導(dǎo)實驗專家、南京大學(xué)聞?;⒔淌诘目捶āK诮邮堋犊萍既請蟆?a >采訪時,分析了各種實驗數(shù)據(jù)的錯漏,得到結(jié)論,這是超導(dǎo)假象。

聞?;⒔淌谠诳萍既請笪⒉┓Q韓國團隊的超導(dǎo)是超導(dǎo)假象。

其實兩個月之前,聞?;⒗蠋焺倓傇凇禢ature》上發(fā)了篇文章,證偽了3月引發(fā)轟動的羅切斯特大學(xué)Ranga Dias教授宣稱的室溫超導(dǎo)。

Dias研究組在《Nature》上的文章《一種氮摻雜镥氫化物中近常溫常壓超導(dǎo)的跡象》

 

聞海虎研究組在《Nature》上的文章《Lu-N-H材料近室溫超導(dǎo)不存在》

除了聞老師的解讀之外,我從我對科學(xué)規(guī)范和對超導(dǎo)的了解出發(fā),也能看出很多荒誕之處。例如韓國團隊第一篇文章的標題叫做《第一個室溫常壓超導(dǎo)體》(The First Room-Temperature Ambient-Pressure Superconductor),摘要第一句話是“全世界第一次,我們成功地合成了室溫常壓超導(dǎo)體(臨界溫度超過400 K,即127℃)……”(For the first time in the world, we succeeded in synthesizing the room-temperature superconductor (Tc ≥ 400 K, 127℃) working at ambient pressure with a modified lead-apatite (LK-99) structure.)前兩位作者的單位寫的是“量子能源研究中心股份有限公司”(Quantum Energy Research Centre, Inc.)。諸如此類,這些都是典型的民科作風(fēng),極大地降低了他們的可信度。 

《第一個室溫常壓超導(dǎo)體》

韓國科學(xué)家出示的最強的證據(jù),是所謂超導(dǎo)磁懸浮的視頻。

韓國科學(xué)家論文中的超導(dǎo)磁懸浮圖(第二篇預(yù)印本的圖4(b))。

但對內(nèi)行來說,這反而是他們沒有實現(xiàn)超導(dǎo)的證據(jù)。因為如一個以色列特拉維夫大學(xué)科學(xué)家2011年的科普視頻所示,真正的超導(dǎo)磁懸浮是完全的浮在空中,而不是像韓國團隊的樣品這樣一側(cè)靠在底座上。更厲害的是,超導(dǎo)體還可以懸浮在磁體的下方!然后你把它推一下,它就會在下方懸空繞著磁體轉(zhuǎn)圈。前述視頻,相形之下就像《西游記》第二回里菩提祖師說孫悟空,“這個算不得騰云,只算得爬云而已”!

真正的超導(dǎo)體能夠磁懸浮在磁體下方。

此外,我雖然不是超導(dǎo)專業(yè)的,但作為理論工作者,也知道一點超導(dǎo)領(lǐng)域的基礎(chǔ)知識:根據(jù)解釋常規(guī)超導(dǎo)的BCS理論,常壓下的超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度不能超過40 K,這叫做麥克米蘭極限(McMillan limit)。

1972年諾貝爾物理學(xué)獎(https://www.nobelprize.org/prizes/physics/1972/summary/)

后來發(fā)現(xiàn)了不少超過這個極限的超導(dǎo)體(如銅氧化物超導(dǎo)和鐵基超導(dǎo)),于是學(xué)術(shù)界就把它們稱為高溫超導(dǎo)。

1987年諾貝爾物理學(xué)獎頒給兩位發(fā)現(xiàn)銅氧化物超導(dǎo)的科學(xué)家(https://www.nobelprize.org/prizes/physics/1987/summary/)

一個關(guān)鍵點是,高溫超導(dǎo)的理論至今沒有建立起來。也就是說,只要是在常壓下超過40 K的超導(dǎo),就必然是BCS理論不適用的,必然需要某種現(xiàn)在還不清楚的理論。只要是學(xué)過超導(dǎo)理論的,都知道這一點。

由此就能看出這群人一個巨大的疑點。他們宣稱的既然是400 K而且常壓的超導(dǎo),那自然是超出麥克米蘭極限,自然是需要某種新理論解釋的。然而他們居然三言兩語就給出了一個解釋,說這種超導(dǎo)來自Cu2+離子取代Pb2+離子導(dǎo)致的體積收縮,而不是來自外界因素如溫度和壓強(The superconductivity of LK-99 originates from minute structural distortion by a slight volume shrinkage (0.48%), not by external factors such as temperature and pressure. The shrinkage is caused by Cu2+ substitution of Pb2+(2) ions in the insulating network of Pb(2)-phosphate and it generates the stress)。這就是完全不對的,即使這個實驗現(xiàn)象是真的,也根本不應(yīng)該有這樣簡單的理論解釋。

所以綜合這些疑點,我覺得最合理的解釋是,這群人基本是超導(dǎo)的外行,處于“不知道自己不知道”的水平。

達克效應(yīng)

歷史上這樣的例子很多。例如2016年就有一位老兄,發(fā)了篇預(yù)印本文章,標題叫做《373 K超導(dǎo)體》(373 K Superconductors),他的單位赫然就叫做“373 K超導(dǎo)體私人研究所”(373K-SUPERCONDUCTORS, Private Research Institute)!

《373 K超導(dǎo)體》

我這篇文章發(fā)了以后,這兩天還有不少人在傳,說某某單位復(fù)現(xiàn)了韓國團隊的實驗結(jié)果、某人發(fā)了理論文章解釋這個材料為什么能超導(dǎo)之類(室溫超導(dǎo)復(fù)現(xiàn)失???北航連發(fā)兩文未發(fā)現(xiàn)超導(dǎo)磁懸浮,但美國國家實驗室計算證實理論上存在)。實際上,仔細看看就會發(fā)現(xiàn),都不出我上面解讀的這些范圍。

這其中,我覺得我可以特別解讀一下那篇所謂解釋了超導(dǎo)的理論文章。因為這個理論剛好在我的知識范圍之內(nèi),而在中文互聯(lián)網(wǎng)上可能還沒有專業(yè)人士出來解讀,所以有不少誤解,以為它有多大的重要性。

此文的標題叫做《銅取代的鉛磷酸鹽磷灰石中相關(guān)孤立平坦能帶的起源》(Origin of correlated isolated flat bands in copper-substituted lead phosphate apatite),基本內(nèi)容是說作者(此文只有一位作者)做了密度泛函理論(density functional theory)計算,發(fā)現(xiàn)這種材料在費米能級具有相關(guān)的孤立平坦能帶,這是高溫超導(dǎo)材料的普遍信號。

《銅取代的鉛磷酸鹽磷灰石中相關(guān)孤立平坦能帶的起源》

這個計算很可能是正確的,但這個計算結(jié)果能說明的問題其實是很少的。密度泛函理論我讀博士的時候就整天用,它是目前最常用的電子結(jié)構(gòu)計算方法之一。

1998年諾貝爾化學(xué)獎頒給兩位對計算化學(xué)做出巨大貢獻的科學(xué)家,其中Walther Kohn的獲獎理由就是“由于他發(fā)展了密度泛函理論”(https://www.nobelprize.org/prizes/chemistry/1998/summary/)

然而需要明白(下面的話我是對內(nèi)行說的,可能至少需要化學(xué)專業(yè)研究生的水平才能完全理解),能帶是一種平均場近似的語言(平均場的意思是,假定對于一個電子而言,其他電子的影響可以描述成一個平均的場,而跟這些電子的瞬間位置無關(guān),這樣就可以把各個電子的運動分開考慮)。跟平均場相對的叫做強關(guān)聯(lián)(即多個電子的運動互相關(guān)聯(lián),不能把它們分開),強關(guān)聯(lián)會給計算增加極大的困難。超導(dǎo)是一種強關(guān)聯(lián)現(xiàn)象,而強關(guān)聯(lián)現(xiàn)象目前沒有精確的計算方法。

因此,用這種計算是不能可靠地預(yù)測超導(dǎo)的,最多只能說在這種近似理論下得到這種結(jié)果,是有利于出現(xiàn)超導(dǎo)的,但是不是真的超導(dǎo),沒法算出來。這也正是我前面說的,高溫超導(dǎo)理論目前還沒建立起來,誰也不能單憑理論計算就確定某個材料能“高溫”超導(dǎo)。假如有這樣的理論,提出者早就得諾貝爾獎了。

而且別忘了,BCS理論的麥克米蘭極限仍然存在,這是個嚴格的理論。所以即使通過平均場計算預(yù)測某個材料可能有超導(dǎo),也只能在超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度低于40 K的時候做比較定量的預(yù)測。如果超過了40 K,仍然是理解不清的。所以,這篇理論文章的結(jié)果即使是正確的,意義也很有限。它離解釋室溫常壓超導(dǎo)的距離,就好比從預(yù)測某位孕婦可能要生了,到預(yù)測這位小朋友將來能得諾貝爾獎,那么大。

大家明白了嗎?

(作者袁嵐峰,系中國科學(xué)院科學(xué)傳播研究中心副主任,中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)科技傳播系副主任,中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)合肥微尺度物質(zhì)科學(xué)國家研究中心副研究員,科技與戰(zhàn)略風(fēng)云學(xué)會會長。原標題《韓國科學(xué)家的室溫超導(dǎo)反轉(zhuǎn)了?其實完全沒有 | 袁嵐峰》,本文首發(fā)“風(fēng)云之聲”微信公眾號,澎湃科技獲作者授權(quán)轉(zhuǎn)載。)

    責(zé)任編輯:吳躍偉
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