Anfang dieses Monats war die Wissenschaftsgemeinschaft voller Neuigkeiten über einen möglichen Durchbruch: eine Substanz namens LK-99, die angeblich ein Supraleiter bei Raumtemperatur ist. Das von Lee Sukbae und Kim Ji-Hoon von der koreanischen Universität entdeckte Material würde alles von der Stromversorgung bis hin zu Supercomputern grundlegend verändern, wenn es wie angekündigt funktioniert. Nachdem jedoch eine Reihe von Wissenschaftlern erfolglos versuchten, die Ergebnisse von Lee und Kim zu reproduzieren, scheint sich die Welt weitergedreht zu haben.
Aber das Gebiet der Supraleiter ist ein sich schnell veränderndes Gebiet. Neu veröffentlichte, vorgedruckte theoretische Forschung im Allgemeinen unterstützt weiterhin LK-99 weist die erforderlichen Eigenschaften auf, um ein Supraleiter zu werden; Und jetzt haben Internet-Experten eine entdeckt Koreanisches Sprachupdate auf dem ursprünglichen LK-99-Patent. Das dokumentieren präsentiert weitere Details (und auch neue Fragen) zum Syntheseprozess, auch wenn die ursprünglichen koreanischen Autoren die Bedeutung (und Wahrhaftigkeit) ihrer Entdeckung bekräftigen.
Unglücklicherweise bleibt uns immer noch ein unvollständiges Bild von LK-99 – eines, dessen Verständnis offenbar viel mehr Aufwand erfordern wird, als manche uns glauben machen würden. Aber das Papier enthält, was erforderlich ist: ein Diagramm, das den spezifischen Widerstand von LK-99 darstellt. Entscheidend ist, dass die Grafik besagt, dass sie tatsächlich auf Null fällt.
Beginnen wir mit dem aktualisierten Patent selbst, das zwei Techniken zur Synthese der relevanten supraleitenden Bits in LK-99 beschreibt. Eine dieser Techniken kennen wir bereits: Die Festkörpersynthese ist der Prozess, den wir im Internet verfolgt haben und der von den meisten Wissenschaftlern verwendet wird, um das wirklich schlechte Rezept der Originalarbeit zu reproduzieren. Dabei werden die verschiedenen Verbindungen in LK-99 zur Reaktion gebracht, um eine kristallartige Endverbindung aus kupferdotiertem Bleiapatit zu erhalten (Mischen von Lanarkit und Kupferphosphid, Verbindungen, die aus der Reaktion von Bleioxid mit Bleisulfid bzw. Kupfer mit Phosphor hergestellt werden). ).
Es gab bereits eine Reihe von Problemen mit der eigentlichen Rezeptur, aber das aktualisierte Patent wirft noch einen weiteren Strich durch die Rechnung, indem es plötzlich Si (das Silizium, das wir kennen und lieben) in die Mischung einbezieht. Es ist auch unklar, wie Silizium dorthin gelangt ist und wie relevant es für die Supraleitung selbst ist (falls es dafür überhaupt relevant ist, was derzeit nicht der Fall zu sein scheint). Es scheint ein Muster zu geben, dass das ursprüngliche koreanische Team unter der Leitung von Lee Sukbae keine gute Dokumentation liefern kann. Fairerweise muss man sagen, dass es auch möglich ist, dass entscheidende Details einfach im Inneren der maschinellen Übersetzung verloren gehen oder aufgrund der Geschwindigkeit, mit der scheinbar alles zusammengestellt wurde.
Gleichzeitig geben die Autoren zu, dass die resultierende Blei-Apatit-Verbindung typischerweise ein Isolator ist (der verhindert, dass elektrischer Strom durch sie fließt, was genau das Gegenteil von dem ist, was wir hier erreichen wollen). Sie bekräftigen aber auch, dass die Kupferdotierung – die dazu führt, dass Bleiatome in LK-99 durch Kupferatome ersetzt werden – der Schlüssel zur Erschließung der behaupteten Supraleitungsfähigkeit ist (Sauerstoffatome sind offenbar auch wichtig). Auf diese Möglichkeit und die Frage der Ausbeute (Anteil des durch den Syntheseprozess erzeugten supraleitenden Materials) haben wir hier bereits ausführlicher eingegangen. Laut dem aktualisierten Patent sah Lees Team Proben mit einem Anteil von 48,9 % supraleitendem Bleiapatit; 40 % nicht supraleitende Bleiverbindungen; und Kupferverbindungen (11,1 %).
Diese Koexistenz zwischen supraleitenden und nicht supraleitenden Verbindungen könnte der Grund dafür sein, dass bestimmte LK-99-Internetvideos (sofern es sich um LK-99 handelt) ein Phänomen zeigten, das als „Flux Pinning“ bezeichnet wird und bei dem externe Magnetfelder in der Lage sind, die supraleitende Verbindung durch deren Teile zu durchdringen die nicht supraleitend sind (alles, was nicht Blei-Apatit ist) und es an Ort und Stelle festhält.
Aber es scheint, dass Lees Team nicht durch Festkörpersynthese die (angebliche) entstehende Supraleitung von LK-99 entdeckte. Dies geschah durch eine Technik, die als Dampfabscheidung bekannt ist; Dadurch wurden dieselben Verbindungen zur Reaktion gebracht, aber anstatt dass das Ziel darin bestand, am Ende einen LK-99-Kristall zu erhalten, ermöglicht die Technik stattdessen, dass sich die Reaktionsdämpfe an einer Glasstruktur sammeln und so einen dünnen Film der Verbindung bilden. Laut Sukbae und seinem Team wird dieser Film im Temperaturbereich von 100 bis 400 Grad Celsius geschmiedet (mit einem schwarzen Film aus Bleisulfid (PbS) im unteren Temperaturbereich und einem weißen Film aus Lanarkit (Pb2SO5) im höheren Temperaturbereich). Temp-Bereich und ein grauer Film aus Blei-Apatit im Zwischenbereich.
Die Autoren bestehen darauf, dass aus diesem mikrometerdicken grauen Blei-Apatit-Film Supraleitung bei Raumtemperatur und Umgebungsdruck entsteht. Die Autoren verweisen außerdem präventiv darauf, dass im Syntheseprozess auch Verunreinigungen von Eisen (Fe) und anderen Elementen entstehen und dass diese Verunreinigungen bekannte Quellen für Ferromagnetismus und Diamagnetismus sind – einige der Merkmale, auf die andere Studien bereits gestoßen sind und die sie repliziert haben .
Aber es könnte verfrüht gewesen sein, diese Ergebnisse als Beweis dafür zu betrachten, dass LK-99 ein Blindgänger ist. Den Autoren zufolge erschweren diese magnetischen Merkmale die Beobachtung des tatsächlichen Meissner-Effekts in Aktion, wobei weniger vorsichtige Beobachter davon ausgehen, dass die Levitationsfähigkeiten von LK-99 bei diesen Arten von Magnetismus endeten.
Die genaue Methode zur Identifizierung und Messung der verräterischen Abstoßung externer Magnetfelder durch den Meissner-Effekt besteht darin, ein sehr schwaches Magnetfeld mit einem sogenannten supraleitenden Quanteninterferenzgerät anzulegen (TINTENFISCH). Wenn dies beim Erhitzen und Abkühlen von LK-99 geschieht, kann das SQUID dann den Meissner-Effekt erkennen, wenn dieser im supraleitenden Zustand von LK-99 auftritt: innerhalb von zwei seiner drei kritischen Temperaturphasenübergänge. Diese Phasenübergänge selbst entsprechen Veränderungen in der Materialstruktur, die dann das Auftreten von Supraleitung (der geordneten und widerstandslosen Bewegung von Elektronen) ermöglichen.
Das bringt uns zum neuesten Artikel von Vayssilov et al. von der Universität Sofia, der ebenfalls darauf hindeutet, dass LK-99 die erforderlichen Eigenschaften haben könnte, um ein Supraleiter zu werden (beachten Sie, dass auch hier weder Raumtemperatur noch Umgebungsdruck erwähnt werden). . Die allgemeine Idee vorgestellt in der Zeitung ist, dass es zwei Möglichkeiten gibt, die passieren können: Durch die Entfernung bestimmter Sauerstoffatome von ihren Plätzen entstehen potenzielle Wege für die Supraleitung, wobei der Raum, der zuvor von Atomkernen eingenommen wurde, jetzt für Elektronenpaare (die sogenannten Cooper-Paare) frei wird, die sie umgehen können um. Ein weiterer Vorschlag aus dem Papier besteht darin, dass derselbe Effekt durch die Cu-Dotierung, über die wir gesprochen haben, erzielt werden kann.
Im Anschluss an diese LK-99-Saga wurden auch einige Artikel auf Arxiv veröffentlicht, die sich nicht unbedingt mit LK-99 selbst befassen, sondern mit bestimmte systematische Fehler und unvollständiges Wissen über den Magnetismus rund um die Supraleiterforschung und die angewandte Theorie, um (angeblich korrekte) Ergebnisse zu erzielen.
Die Autoren geben an, dass sie LK-99 in all seinen Phasen, wie sie in beiden Produktionsausgängen auftreten (der Film aus der Dampfabscheidung und die Verbindung aus der Festkörpersynthese), durch ein Rasterelektronenmikroskop laufen ließen. Ihrer Meinung nach ist es einfacher, die Supraleitungsergebnisse von LK-99 im filmähnlichen Material zu messen und zu reproduzieren.
Mit der jetzt veröffentlichten Beschreibung der Autoren, wie man den Meissner-Effekt erkennt, können weitere Forscher dieses neue Wissen bei ihren Replikationsversuchen anwenden. Ob dies zu positiven Auswirkungen führen wird oder nicht – und ob dies eher früher als später der Fall sein wird – bleibt abzuwarten.