В начале этого месяца научное сообщество облетела новость о возможном прорыве: вещество под названием LK-99 якобы является комнатно-температурным сверхпроводником.

Что такое «сверхпроводник»?

Что представляет собой понятие «сверхпроводник»? За этим термином скрывается способность материалов проводить электрический ток без какого‑либо сопротивления и потерь электроэнергии. Эта уникальная свойство активируется при определенной температуре. Сверхпроводники существенно повышают эффективность передачи тока по сравнению со стандартными медными кабелями: если 1 квадратный миллиметр медного провода способен пропустить около 10 ампер тока, то сверхпроводник может увеличить этот показатель в десятки или сотни раз. Этот высокотехнологичный продукт открывает перед человечеством перспективы, ведущие в будущее, схожее с тем, что описывали писатели-фантасты.

Применение эффекта

Продвижение в области сверхпроводников открывает перед нами уникальные возможности для улучшения и более детальной диагностики заболеваний на ранних стадиях. Возникает перспектива обнаружения локальных очагов болезней до их фактической проявления в организме человека, с помощью усовершенствованных томографов, оснащенных сверхпроводниками нового поколения.

Другое обещающее направление применения сверхпроводников – это термоядерная энергетика. "Топливо" для этого вида энергии представляют изотопы водорода, такие как широко распространенный на Земле дейтерий или легко производимый тритий. Термоядерная энергия не имеет масштабных ограничений и является полностью экологически чистой, не вызывая выбросов парниковых газов. В отличие от ядерных электростанций, термоядерные реакторы поддерживают минимальный уровень радиации даже в случае полного разрушения. Такая энергетика может стать реальным путем к масштабной декарбонизации энергетического сектора, в том числе для развивающихся стран.

Среди всех свойств и применений сверхпроводников особенно впечатляющим является магнитная левитация – способность сверхпроводника «парить» над поверхностью, обложенной постоянными магнитами. Принцип этого явления основан на взаимодействии магнитных полей. Силы отталкивания, возникающие при воздействии магнитов и электрических токов в сверхпроводнике, позволяют ему поддерживать равновесие в воздухе. Однако для активации этого и других удивительных свойств сверхпроводника требуется его охлаждение жидким азотом.

Открытие

Материал, открытый Ли Сукбэ и Ким Джи-Хуном из Корейского университета, если бы он работал так, как заявлено, стал бы революционным изобретением для всех сфер - от доставки энергии до суперкомпьютеров. Однако после того, как ряд ученых попытались воспроизвести результаты Ли и Кима, но не смогли, мир, похоже, пошел дальше.

Однако область сверхпроводников быстро меняется. Новые теоретические исследования, опубликованные в препринтах, в целом продолжают подтверждать, что LK-99 обладает свойствами, необходимыми для превращения в сверхпроводник, удалось обнаружить обновленную версию оригинального патента на LK-99 на корейском языке. В этом документе представлены дополнительные подробности (а также новые вопросы), касающиеся процесса синтеза, а корейские авторы подтверждают значимость (и достоверность) своего открытия.

К сожалению, мы по-прежнему имеем неполное представление о LK-99, которое, по-видимому, потребует гораздо больших усилий для понимания, чем некоторые полагают. Однако в статье есть то, что нужно: график удельного сопротивления LK-99. Очень важно, что на графике видно, что оно действительно падает до нуля.

В самом "рецепте" уже имелся ряд проблем, но обновленный патент вносит еще один штрих в уравнение, неожиданно включая в состав смеси Si (кремний). Неясно также, как кремний оказался там и насколько он важен для сверхпроводимости (если он вообще важен для нее, что в настоящее время не представляется возможным). Похоже, что корейская группа, возглавляемая Ли Сукбэ, не в состоянии предоставить хорошую документацию. Справедливости ради следует отметить, что не исключено, что важные детали просто затерялись в недрах машинного перевода или из-за скорости, с которой они, как кажется, собрали все воедино.

В то же время авторы признают, что, полученное соединение свинца с апатитом, как правило, является изолятором (что препятствует прохождению электрического тока через него, а это прямо противоположно тому, чего мы пытаемся добиться в данном случае). Но они также повторяют, что легирование медью, которое приводит к замещению атомов свинца атомами меди в LK-99, является ключевым для раскрытия заявленной способности к сверхпроводимости (атомы кислорода, похоже, также важны).

Такое сосуществование сверхпроводящих и несверхпроводящих соединений может быть причиной того, что в некоторых интернет-видеороликах, посвященных ЛК-99 (если это действительно ЛК-99), демонстрируется явление, получившее название "пиннинг потока", когда внешние магнитные поля способны проникать в сверхпроводящее соединение через те его части, которые не являются сверхпроводящими (все, что не является свинцовым апатитом). 

Точный метод выявления и измерения эффекта Мейсснера, проявляющегося в отталкивании от внешних магнитных полей, заключается в приложении очень слабого магнитного поля с помощью так называемого сверхпроводящего квантового интерференционного устройства (SQUID). Если это делать при нагревании и охлаждении LK-99, то SQUID сможет обнаружить эффект Мейсснера, когда он проявляется в сверхпроводящем состоянии LK-99: в двух из трех его критических температурных фазовых переходов. Эти фазовые переходы соответствуют изменениям в структуре материала, которые и обеспечивают сверхпроводимость (упорядоченное движение электронов без сопротивления).

Это приводит нас к последней работе из Софийского университета, в которой также высказывается предположение, что LK-99 может обладать свойствами, необходимыми для превращения в сверхпроводник (заметим, что здесь снова не упоминается комнатная температура или давление окружающей среды).

В продолжение этой саги о LK-99 в Arxiv было опубликовано несколько статей, в которых речь идет не столько о самом LK-99, сколько о некоторых систематических ошибках и неполных знаниях о магнетизме, связанных с исследованиями сверхпроводников, и о теории, применяемой для достижения (якобы правильных) результатов.

В целом, несмотря на все сложности и неопределенности, существующие вокруг LK-99 и его свойств, продолжается поддерживаться интерес исследовательского сообщества в области сверхпроводников и фундаментальных аспектов магнетизма. Переплетение открытий, споров и дополнительных исследований формирует уникальную и захватывающую динамику, которая открывает дорогу новых открытий.

Наш телеграм-канал!

Ссылка на статью

Бот для скачивания статей