Próby replikacji materiału LK-99 wyjaśniły zagadkę nadprzewodnictwa.
Czym jest materiał LK-99? “Nature” podsumowało trzy tygodnie badań nad materiałem LK-99. Okazało się, że nie jest to nadprzewodnik.Nadprzewodnictwo w temperaturze pokojowej wydaje się być celem praktycznie niemożliwym do osiągnięcia. Od dekad różne grupy badawcze z całego świata pracują nad nadprzewodnikami, jednakże stworzone materiały wymagały albo schłodzenia do bardzo niskich temperatur albo też użycia bardzo wysokiego ciśnienia. Aktualnie grupa materiałów o nazwie “miedziany” (ang. “cuprates”, warstwy tlenków miedzi z warstwami tlenków innych metali) ma najwyższą temperaturę przy zwykłym ciśnieniu – nadprzewodnictwo zanotowano przy temperaturach rzędu minus 140 stopni Celsjusza. Oczywiście, nadal praktyczne skorzystanie z takich materiałów jest utrudnione.
W lipcu 2023 pojawiły się doniesienia, że południowokoreańskiej grupie naukowców udało się stworzyć materiał nadprzewodzący w temperaturze pokojowej i przy zwykłym ciśnieniu. Materiał został nazwany LK-99. Ten LK-99 ma skład Pb9Cu(PO4)6O – w tym materiale część jonów ołowiu została zastąpiona jonami miedzi, co powoduje naprężenia wewnątrz materiału. Według naukowców te naprężenia z kolei mają tworzyć tzw. “studnię kwantową”, odpowiedzialną za nadprzewodnictwo.
Nadprzewodnik funkcjonujący w temperaturze pokojowej oznaczałby rewolucję w wielu dziedzinach przemysłu, przede wszystkim w energetyce, elektronice i transporcie. Przykładowo, dzięki nadprzewodnikom możliwe byłoby zbudowanie magnetycznej kolei wielkich (>500 km/h) prędkości, co zmieniłoby zupełnie transport na skalę globalną. Dlatego też doniesienia o LK-99 rozgrzały społeczność naukową na całym świecie.
Jeszcze przed końcem lipca rozpoczęły się niezależne próby replikacji LK-99 i zbadania jego właściwości. Kilku grupom udało się zreplikować materiał i nawet odtworzyć zjawisko (częściowej) lewitacji magnetycznej, co widać na poniższym nagraniu. Pierwsze doniesienia o LK-99 były dość entuzjastyczne – oczywiście od tych, którym udało się stworzyć ten materiał, co okazało się być dość trudne.
Meissner effect or bust: Day 8.5
— Andrew McCalip (@andrewmccalip) August 4, 2023
We made the rocks pic.twitter.com/ygVOATBaHD
W drugim tygodniu sierpnia, w miarę napływu danych, pojawiły się coraz bardziej sceptyczne doniesienia. Siedemnastego sierpnia na łamach “Nature” pojawił się artykuł podsumowujący stan wiedzy na temat LK-99. Udało się m.in. wyjaśnić zjawisko częściowej lewitacji. Co więcej, udało się stworzyć materiały (nie LK-99) zachowujące się podobnie, co widać na poniższym nagraniu.
I was able to closely mimic the “levitation” behavior of LK-99 with a ferromagnetic sample.
— Derrick VanGennep (@VanGennepD) August 6, 2023
For comparison, see the original LK-99 video in the tweet below. pic.twitter.com/bKmf3cOoS2
Okazuje się, że siarczek miedzi, będący nieczystością w składzie LK-99, doświadcza przemiany fazowej w określonej temperaturze. Efektem tej przemiany fazowej jest znaczny spadek oporności – co też zostało przedstawione jako jeden z dowodów na nadprzewodnictwo materiału LK-99. Tymczasem nie jest to nadprzewodnictwo, tylko spadek oporu, ale do wciąż stosunkowo wysokiej i mierzalnej wartości.
Co więcej, gdy oczyści się LK-99 z tego typu zanieczyszczeń w składzie i go skrystalizuje, LK-99 staje się izolatorem o wysokim oporze. Naukowcom z niemieckiego Instytutu Maxa Plancka udało się skrystalizować LK-99 i następnie opisać ich właściwości . Południowokoreański zespół naukowców przed publikacją danych o LK-99 nie zbadał kwestii zanieczyszczeń oraz obecności Cu2S w materiale.
Poszukiwanie nadprzewodników zdolnych do pracy w “zwykłych” warunkach nadal trwa. Każdego roku odkrywane są kolejne materiały. Niestety, LK-99 nie jest jednym z nich.
(Nature)
