การนำไฟฟ้าแบบสารกึ่งตัวนำในการทดลองทำซ้ำ LK99
(arxiv.org)- ทีมนักวิจัยจาก Beihang University สังเคราะห์ modified lead-apatite ตามขั้นตอนของ Lee และคณะ[3,4] แต่แทนที่จะพบภาวะตัวนำยิ่งยวดที่อุณหภูมิห้องและความดันบรรยากาศ กลับพบพฤติกรรมที่มีความต้านทานไฟฟ้าสูงมาก
- วัสดุตั้งต้นแยกแยะคุณสมบัติได้ชัดเจน โดย Pb2SO5 ถูกวัดว่าเป็นไดอะแมกเนติกฉนวนที่มีความต้านทานจำเพาะที่อุณหภูมิห้องราว 7.18×10⁹ Ω·cm ขณะที่ Cu3P เป็นโลหะพาราแมกเนติกที่มีค่าราว 5.22×10⁻⁴ Ω·cm
- สารสังเคราะห์สุดท้าย Pb10-xCux(PO4)6O มีสเปกตรัมการเลี้ยวเบนรังสีเอกซ์ที่สอดคล้องกับโครงสร้างที่รายงานไว้ก่อนหน้าเป็นอย่างดี แต่มีความต้านทานจำเพาะที่อุณหภูมิห้องราว 1.94×10⁴ Ω·cm แสดงการขนส่งแบบสารกึ่งตัวนำ ไม่ใช่โลหะหรือตัวนำยิ่งยวด
- เมื่ออุณหภูมิลดลง ความต้านทานจำเพาะเพิ่มขึ้นอย่างมาก และเกือบเป็นเส้นตรงบนสเกลกึ่งลอการิทึม ซึ่งให้ผลตรงกันข้ามกับรายงานเดิมเรื่อง “zero resistivity”
- แม้ในสนามแม่เหล็ก 1 mT ก็ไม่ตรวจพบสัญญาณไดอะแมกเนติกขนาดใหญ่ และไม่พบทั้ง แรงผลัก หรือ การลอยตัวแม่เหล็ก บนแม่เหล็กถาวร จึงชี้ว่าคำกล่าวอ้างเรื่องตัวนำยิ่งยวดอุณหภูมิห้องในตระกูล LK99 จำเป็นต้องทบทวนการวัดการขนส่งไฟฟ้าอีกครั้ง
วัตถุของการทดลองทำซ้ำและวิธีการวัด
- หลังมีคำกล่าวอ้างว่าพบ ภาวะตัวนำยิ่งยวดที่อุณหภูมิห้องและความดันบรรยากาศ ใน modified lead-apatite ก็มีงานวิจัยต่อเนื่องที่พยายามทำซ้ำวัสดุดังกล่าวโดยตรง
- เส้นทางการสังเคราะห์ในรายงานเดิมคือการเผาประสาน lanarkite Pb2SO5 และ copper(I) phosphide Cu3P เพื่อสร้างวัสดุสุดท้าย
- นักวิจัยทำการสังเคราะห์และเปรียบเทียบคุณสมบัติของวัสดุทั้งสามตามขั้นตอนเดียวกัน
- Pb2SO5
- Cu3P
- modified lead-apatite Pb10-xCux(PO4)6O
- การวัดดำเนินการหลัก ๆ ด้วย การวัดความต้านทานจำเพาะแบบสี่ขั้ว และการวัดแมกไนเซชัน
Pb2SO5: แบนด์แกปกว้างและไดอะแมกเนติกแบบฉนวน
- Pb2SO5 ผลิตโดยผสม PbSO4 และ PbO ใน อัตราส่วนโมล 1:1 แล้วเผาประสานที่ 725°C เป็นเวลา 24 ชั่วโมง
- การวิเคราะห์การเลี้ยวเบนรังสีเอกซ์ยืนยันว่าผงที่ได้เป็น เฟส lanarkite Pb2SO5 บริสุทธิ์
- Pb2SO5 ในรูปเพลเลตแสดงค่าความต้านทานจำเพาะสูงมากราว 7.18×10⁹ Ω·cm ในการวัด I-V ที่อุณหภูมิห้อง
- อยู่ในระดับของฉนวน
- ค่านี้ยังสอดคล้องกับ แบนด์แกปประมาณ 3.0 eV ที่คำนวณเชิงทฤษฎีไว้
- ในการวัดแมกไนเซชันที่ 300~400 K ภายใต้สนามแม่เหล็ก 0.5 T พบแมกไนเซชันลบที่แทบไม่ขึ้นกับอุณหภูมิ
- แมกไนเซชันประมาณ -10⁻⁴ emu/g
- ตีความได้ว่าเป็นคุณสมบัติ ไดอะแมกเนติก ตามแบบฉบับของออกไซด์
Cu3P: การนำไฟฟ้าแบบโลหะและพาราแมกเนติก
- Cu3P ผลิตโดยผสมผง Cu และ red phosphorus ใน อัตราส่วนโมล 3:1 แล้วเผาประสานในหลอดสุญญากาศที่ 550°C เป็นเวลา 48 ชั่วโมง
- ผลการเลี้ยวเบนรังสีเอกซ์ยืนยันว่าเป็น เฟส Cu3P บริสุทธิ์ ที่สอดคล้องกับรายงานเดิมของ Lee และคณะ
- ในการวัด I-V แบบสี่ขั้วที่อุณหภูมิห้อง พบว่าความต้านทานจำเพาะของเพลเลต Cu3P อยู่ที่ราว 5.22×10⁻⁴ Ω·cm
- ใกล้เคียงกับความต้านทานจำเพาะที่อุณหภูมิห้องของสารประกอบอินเตอร์เมทัลลิกบางชนิด เช่น FeRh, Mn3Sn และตระกูล Mn-Pt
- ในช่วง 400~50 K ความต้านทานจำเพาะลดลงเชิงเส้นเมื่ออุณหภูมิลดลง แสดง พฤติกรรมแบบโลหะโดยทั่วไป
- การวัด Hall resistance ให้ข้อมูลที่เชื่อถือได้ยากแม้ที่สนามสูงสุด 3 T และจากการประเมินความหนาแน่นพาหะโดยคำนึงถึงข้อจำกัดของการวัด พบว่ามีค่า มากกว่า 10²² cm⁻³ ซึ่งเข้าข่ายโลหะ
- แทบไม่พบผลแม่เหล็กต้านทานที่อุณหภูมิห้อง และการวัดแมกไนเซชันในช่วง 200~400 K แสดง พาราแมกเนติกแบบ Curie-Weiss
Pb10-xCux(PO4)6O: โครงสร้างคล้ายเดิม แต่การขนส่งเป็นสารกึ่งตัวนำ
- วัสดุสุดท้าย Pb10-xCux(PO4)6O ผลิตโดยผสม Pb2SO5 และ Cu3P ใน อัตราส่วนโมล 1:1 แล้วเผาประสานในหลอดสุญญากาศแบบปิดผนึกที่ 925°C เป็นเวลา 10 ชั่วโมง
- สเปกตรัมการเลี้ยวเบนรังสีเอกซ์ของผงหลังเผาประสานสุดท้ายสอดคล้องอย่างมากกับสเปกตรัมที่ Lee และคณะรายงาน รวมถึงแพตเทิร์นการเลี้ยวเบนของ apatite
- นักวิจัยจึงมองว่าพวกเขาสังเคราะห์ modified lead-apatite แบบเดียวกับรายงานเดิมได้สำเร็จ
- ความต้านทานจำเพาะของเพลเลต Pb10-xCux(PO4)6O ที่วัดได้ที่อุณหภูมิห้องอยู่ที่ราว 1.94×10⁴ Ω·cm
- เมื่อเทียบกับความต้านทานจำเพาะของโลหะส่วนใหญ่ที่อุณหภูมิห้องซึ่งต่ำกว่า 10⁻³ Ω·cm พบว่ามากกว่ากันอย่างน้อย 7 ลำดับขนาด
- วัสดุนี้จึงมีการขนส่งไฟฟ้าใกล้เคียง สารกึ่งตัวนำ มากกว่าโลหะ
- ความต้านทานจำเพาะที่ขึ้นกับอุณหภูมิเพิ่มขึ้นอย่างมากเมื่ออุณหภูมิลดลง
- พฤติกรรมเกือบเป็นเส้นตรงบนสเกลกึ่งลอการิทึม
- สอดคล้องกับ ลักษณะการขนส่งแบบสารกึ่งตัวนำ โดยทั่วไป
- ผลลัพธ์นี้ตัดกันอย่างชัดเจนกับคำกล่าวอ้างเรื่อง “zero resistivity” ของ Lee และคณะ[3,4]
- ระดับแรงดันสัญญาณรบกวนของ “zero resistivity” ในรายงานแรก[3] อยู่ที่ประมาณ 0.1 μV
- ในรายงานที่สอง[4] อยู่ที่ประมาณ 0.1 mV
- สถานะความต้านทานต่ำในรายงานที่สองอยู่ที่ประมาณ 10⁻³ Ω·cm ซึ่งใกล้เคียงกับความต้านทานจำเพาะของโลหะทั่วไปที่อุณหภูมิห้อง และอาจเกี่ยวข้องกับภาวะตัวนำยิ่งยวดเพียงเล็กน้อย
คุณสมบัติทางแม่เหล็กและข้อควรระวังในการวัด
- แม้โครงสร้างจะคล้ายกับรายงานเดิมมาก แต่ข้อมูลการขนส่งไฟฟ้ากลับแตกต่างอย่างมาก จึงต้องระมัดระวังในการตีความผล
- การวัดการขนส่งไฟฟ้าในออกไซด์อาจเกิด measurement artifact ได้
- โดยทั่วไปจะมีรอยต่อ Schottky ระหว่างขั้วไฟฟ้าโลหะกับออกไซด์
- หากการสัมผัสไม่ดี อาจเกิดความต้านทานที่จุดสัมผัสสูงมาก
- แม้ความต้านทานจำเพาะที่แท้จริงจะสูงกว่ามากหรือเกินขีดจำกัดของอุปกรณ์ ก็อาจเกิดอาร์ติแฟกต์ที่ดูเหมือน “zero resistance” ได้
- Lee และคณะ[3] รายงานไดอะแมกเนติกขนาดใหญ่ราว -7.4×10⁻⁴ emu/g ที่สนามแม่เหล็กเล็ก 1 mT
- แต่ในการวัดผง Pb10-xCux(PO4)6O ครั้งนี้ ไม่ตรวจพบสัญญาณไดอะแมกเนติกที่เชื่อถือได้ที่ 1 mT
- ไม่ตรวจพบภายในช่วงความไวการวัด 10⁻⁷ emu
- แมกไนเซชันไดอะแมกเนติกที่ 1 mT มีค่าน้อยกว่า -1.61×10⁻⁶ emu/g
- เล็กกว่าค่าไดอะแมกเนติกขนาดใหญ่ในรายงานเดิมอยู่สองลำดับขนาด
- ที่สนามแม่เหล็ก 0.5 T ผง Pb10-xCux(PO4)6O แสดง พฤติกรรมพาราแมกเนติก
- เมื่อนำเพลเลต Pb10-xCux(PO4)6O ไปวางบนแม่เหล็กถาวร Nd2Fe14B เชิงพาณิชย์ที่มีสนามแม่เหล็กบนผิวด้านบนราว 200 mT ก็ไม่พบทั้งแรงผลักและการลอยตัวแม่เหล็ก
- ผลลัพธ์สุดท้ายชี้ว่าคำกล่าวอ้างเรื่องตัวนำยิ่งยวดที่อุณหภูมิห้องของ modified lead-apatite โดยเฉพาะ คุณสมบัติการขนส่งไฟฟ้า ควรถูกทบทวนอย่างรอบคอบยิ่งขึ้น
1 ความคิดเห็น
ความคิดเห็นจาก Hacker News
ในเธรดนี้ โดยเฉพาะในสาขา วัสดุศาสตร์ ต้องเข้าใจว่าความพยายามทำซ้ำในช่วงแรก ๆ ล้มเหลวนั้นเป็นเรื่องที่พบได้บ่อยมาก เมื่อเอกสารระเบียบวิธีไม่ดีพอ
กระบวนการที่ใช้ได้ในห้องแล็บหนึ่งอาจต้องปรับเมื่ออยู่ในห้องแล็บอื่นที่มีเงื่อนไขต่างกัน เช่น อุปกรณ์ ระดับความสูง ความชื้น เป็นต้น ยิ่งไปกว่านั้น ดูเหมือนว่าทีมต้นทางเองก็มีอัตราความสำเร็จในการผลิตไม่ถึง 10% สถานการณ์จึงยิ่งแย่ลง เมื่อดูรวมกับระเบียบวิธีที่หยาบ ๆ แล้ว การเผยแพร่บทความบน arXiv ตอนนั้นอาจดูเป็นการตัดสินใจที่โง่ แต่ทีม LK-99 เองก็ดูเหมือนจะเห็นด้วยเช่นกัน ตามที่พวกเขากล่าว นักวิทยาศาสตร์จากภาคอุตสาหกรรมคนหนึ่งที่ถูกไล่ออกเมื่อ 4 เดือนก่อน ได้นำบทความขึ้น arXiv โดยใส่ชื่อตัวเองเป็นผู้เขียนลำดับที่ 3 ส่วนทีมต้นทางต้องการเวลาเพิ่มเติมเพื่อปรับปรุงการผลิตตัวอย่างและทำบทความให้ได้มาตรฐาน แต่เมื่อเรื่องรั่วไหลไปแล้วในทางปฏิบัติ พวกเขาจึงเผยแพร่ข้อมูลที่มีอยู่ภายในไม่กี่ชั่วโมงเพื่อไม่ให้ถูกแย่งเครดิต ผมไม่คิดว่าพวกเขาตั้งใจจะปล่อยข้อผิดพลาดหรือระเบียบวิธีที่ยังไม่สมบูรณ์ออกมา
ประการที่สอง เรื่องทั้งหมดนี้เกิดขึ้นเมื่อ สองวันก่อน แม้ระเบียบวิธีจะสมบูรณ์แบบ ก็ยังยากที่จะคาดหวังว่าจะได้ผลการทำซ้ำที่ดีภายในสองวันที่ไม่ใช่วันทำการด้วยซ้ำ ผมไม่รู้ว่าวัสดุนี้เป็นของจริงหรือไม่ แต่ก็หวังอย่างยิ่งว่าจะเป็น และกระบวนการยืนยันอาจใช้เวลาหลายเดือนหรือมากกว่านั้น การทำซ้ำที่ล้มเหลวหนึ่งครั้งหลังผ่านไปสองวันไม่ใช่คำตัดสินประหารชีวิต
การพิสูจน์ว่ามันไม่ใช่ตัวนำยิ่งยวดก็ต้องใช้เวลาเช่นกัน และต่อให้มันเป็นตัวนำยิ่งยวด เราก็อาจยังไม่รู้ไปอีกพักใหญ่ อย่างไรก็ตาม หากอินฟลูเอนเซอร์หรือเมกเกอร์คนใดที่พยายามทำซ้ำประสบความสำเร็จ แล้วอัปโหลดวิดีโอที่น่าเชื่อถือซึ่งแสดง การตรึงฟลักซ์ หรือปรากฏการณ์ไมส์เนอร์ได้ชัดเจน คนนั้นจะไวรัลมหาศาล
โมเดลวิทยาศาสตร์ที่เราเรียนกันในชั้นประถม-มัธยมไม่สามารถครอบคลุมปัจจัยสุ่มและชั่ววูบที่แทรกเข้ามาในการทดลองจริงได้ เรามักคิดว่า “วิธีการ = ผลลัพธ์ เหมือนเดิมทุกครั้ง” แต่การที่คุณขยับเท้าเพื่อแก้อาการเหน็บชา อาจบังเอิญทำให้ค่าความชอบจับกับเป้าหมายของผลิตภัณฑ์โมเลกุลขนาดเล็กลดลงก็ได้ ท้ายที่สุดคุณก็หาสาเหตุเจอและเลิกขยับเท้า แต่ตอนนั้นก็ผ่านไปแล้ว 2 ปี
ถ้าเผยแพร่ช้ากว่านี้ อาจชัดเจนกว่าสำหรับนักวิจัยคนอื่น แต่เพราะเผยแพร่เร็ว คนอื่นจึงเลือกได้ว่าจะเข้ามามีส่วนร่วมตอนนี้หรือรอต่อไป เมื่อเห็นว่าหลายคนเลือกไม่รอ ก็ดูเหมือนว่านี่เป็นทางเลือกที่ดี
ทำอาหารขึ้นมา ทำซ้ำอาหารนั้น เขียนสูตร ให้เชฟที่มีทักษะทำตาม และให้คนทำอาหารที่ยังไม่ชำนาญทำตาม กระบวนการนี้นำไปสู่การแก้ไขหลายรอบและกินเวลามาก
สูตรอาหารสมัยก่อนที่เริ่มด้วย “ถอนขนไก่ 2 ตัว” ก็เพราะมีใครบางคนทำตามสูตรแล้วไม่ได้ถอนขนไก่ อาหารยังเป็นแบบนี้ แล้วถ้าเป็นวัสดุที่ยอมให้ความแปรปรวนได้น้อยกว่ามาก ก็ยิ่งยากกว่า
หากตลอด 24 ปี ยังไม่สามารถกำหนดกระบวนการให้แน่นอนได้ ตอนนี้ก็น่าจะถึงเวลาที่ควรเปิดเผยให้คนอื่นลองทำแล้ว
บทความที่ส่งฉบับแรกมีชื่อว่า “The First Room-Temperature Ambient-Pressure Superconductor” และผู้เขียนคือ Sukbae Lee, Ji-Hoon Kim, Young-Wan Kwon รวมสามคน ไทม์สแตมป์คือวันเสาร์ที่ 22 กรกฎาคม 2023 เวลา 07:51:19 UTC https://arxiv.org/abs/2307.12008
บทความที่ส่งฉบับที่สองมีชื่อว่า “Superconductor Pb10−xCux(PO4)6O showing levitation at room temperature and atmospheric pressure and mechanism” และผู้เขียนคือ Sukbae Lee, Jihoon Kim, Hyun-Tak Kim, Sungyeon Im, SooMin An, Keun Ho Auh รวมหกคน https://arxiv.org/abs/2307.12037 ไทม์สแตมป์คือวันเดียวกันเวลา 10:11:28 UTC ช้ากว่าบทความแรก 2 ชั่วโมง 20 นาที
ในทั้งสองบทความ ผู้เขียนลำดับแรกคือ Sukbae Lee และลำดับที่สองคือ Jihoon Kim โดยสังกัดระบุเป็น “Quantum Energy Research center, Inc.” ในโซล ในบทความที่ขึ้นก่อน Young-Wan Kwon อยู่ในฐานะผู้เขียนลำดับที่ 3 แต่ในบทความที่สองไม่มีชื่อนี้ และมีอีก 4 คนจากหลายสังกัดเพิ่มเข้ามาแทน
บทความที่สองดูเหมือนเขียนด้วย LaTeX ส่วนบทความแรกดูเหมือนเขียนด้วย Word ชื่อเรื่องและบทคัดย่อของบทความแรกอ้างอย่างชัดเจนว่าได้สร้างตัวนำยิ่งยวดอุณหภูมิห้องและความดันบรรยากาศตัวแรกของโลก ชื่อเรื่องและบทคัดย่อของบทความที่สองไม่ได้อ้างอย่างชัดเจนว่าเป็นการพิสูจน์ตัวนำยิ่งยวดตัวแรก แต่ใช้คำบางคำที่ฟังดูเหมือนคุณสมบัติของตัวนำยิ่งยวด
ข้อสงสัยคือ Young-Wan Kwon อัปโหลดบทความแรกโดยไม่ได้รับความยินยอมจากสมาชิกที่เหลือของทีม LK-99 ใส่ชื่อตัวเองเป็นผู้เขียนลำดับที่ 3 และตัดอีก 4 คนออก จากนั้น 2 ชั่วโมงต่อมา ทีม LK-99 ที่เหลือจึงอัดข้อมูลเท่าที่มีลงในบทความที่สองและเผยแพร่ให้เร็วที่สุดเท่าที่จะทำได้
โดยส่วนตัวแล้ว มันดูเหมือนว่าเรื่องเช่นนั้นเกิดขึ้นจริง สิ่งนี้อธิบายได้ว่าทำไมจึงมีบทความสองฉบับจากกลุ่มเดียวกัน หัวข้อเดียวกัน ในวันเดียวกัน และทำไมรายชื่อผู้เขียนจึงต่างกัน ผมยังไม่ได้ดูละเอียด แต่จุดแปลก ๆ หลายอย่างที่ผู้คนชี้ให้เห็นในบทความสองฉบับแรกก็น่าจะอธิบายได้ด้วยเรื่องนี้เช่นกัน
ด้วยเหตุนี้ ผมจึงคาดหวังมากขึ้นมากว่าคำกล่าวอ้างนี้อาจเป็นจริง ข้อมูลเท่าที่มีจนถึงตอนนี้สอดคล้องกับสถานการณ์ที่ทีมวิจัยถูกบังคับให้เผยแพร่ก่อนเวลา และพวกเขาสร้างตัวนำยิ่งยวดด้วยกระบวนการผลิตที่ค่อนข้างละเอียดอ่อน หลักฐานยังไม่เพียงพออย่างยิ่งที่จะสรุปว่า LK-99 เป็นตัวนำยิ่งยวดอุณหภูมิห้อง แต่การทำซ้ำที่ล้มเหลวหนึ่งครั้งก็ไม่ได้พิสูจน์ว่า LK-99 ไม่ใช่ตัวนำยิ่งยวด หากกระบวนการผลิตอ่อนไหว ก็อาจมีการทำซ้ำที่ล้มเหลวเป็นสิบ ๆ ครั้ง และการทำซ้ำที่สำเร็จอีกไม่กี่ครั้ง
สิ่งที่พวกเขาทำขึ้นมานั้นชัดเจนว่า ไม่ใช่ LK-99
ใน论文เขียนไว้ว่า “ดังที่เห็นในรูปที่ 9 สเปกตรัมการเลี้ยวเบนรังสีเอกซ์ของผงที่ได้จากการบดผลิตภัณฑ์ซินเทอร์ขั้นสุดท้าย สอดคล้องอย่างมากกับสเปกตรัมการเลี้ยวเบนรังสีเอกซ์ที่ Lee และคณะ[3] รายงาน และยังเข้ากันได้ดีกับแพตเทิร์นการเลี้ยวเบนของ apatite ด้วย นี่พิสูจน์ว่าเราสังเคราะห์ lead-apatite ที่ดัดแปลงได้สำเร็จ เช่นเดียวกับ Lee และคณะ[3,4]”
ก่อนอื่นต้องจ่ายค่าปรับเข้ากระปุกคำว่า “สเปกตรัม” ก่อน XRD ไม่ใช่สเปกตรัม แต่เป็น แพตเทิร์นการเลี้ยวเบน และมันแยกแยะเชิงพื้นที่ ไม่ใช่พลังงาน
แต่เมื่อดูรูปที่ 9 จะเห็นว่าวัสดุไม่เหมือนกัน พีกที่ประมาณ 17.5 องศาหายไป และมีพีกเพิ่มเติมแถว 25 องศา นอกจากนี้พีกทั้งหมดเลื่อนจากโครงสร้าง LK-99 ไปในปริมาณแทบเท่ากัน ซึ่งคล้ายกับระดับที่ LK-99 เลื่อนจาก lead-apatite บริสุทธิ์ นี่หมายความว่า unit cell เล็กกว่า ถ้าการบีบอัด 0.5% ใน论文 LK-99 เดิมถูกต้อง ใน论文นี้อาจมีการบีบอัดมากเกินไปอยู่
สิ่งที่แพตเทิร์น XRD บอกได้มีแค่ว่าพวกเขาสร้างอะไรบางอย่างที่ผิดขึ้นมา และสิ่งนั้นไม่ได้เป็นตัวนำยิ่งยวดเท่านั้น กลับกัน สิ่งที่น่าประทับใจคือความบริสุทธิ์ของเฟสใน论文 LK-99 เดิมสูงเพียงใด
อย่างไรก็ตาม แพตเทิร์น XRD ใน论文ต้นฉบับก็มีปัญหาเช่นกัน ไม่ได้เขียนไว้ว่าวัด XRD ที่พลังงานใด และถ้าเป็นเช่นนั้นก็คงเดาว่าเป็น Cu-Kα แต่ก็ไม่แน่ชัด ไม่ว่าในกรณีใด ในการวัดผง พีกหนึ่งไม่ควรหายไปอย่างสมบูรณ์ ถ้าเป็นเพลเล็ตก็อาจหายไปได้เพราะผลของการจัดแนว
ความแตกต่างที่ใหญ่ที่สุดคือพีกแถว 44 องศา ซึ่งในงานวิจัยเดิมเห็นชัดมาก แต่ในงานวิจัยนี้อ่อนกว่ามาก แม้แพตเทิร์น XRD จะมีความคล้ายกันสูง แต่เมื่อพิจารณาว่า论文ทฤษฎีที่ออกมาเมื่อวานระบุว่าการแทนที่ตำแหน่งแบบเลือกจำเพาะจำเป็นต่อสภาพตัวนำยิ่งยวด ความแตกต่างที่ “เล็กน้อย” แบบนี้อาจชี้ขาดได้
อธิบายสำหรับคนที่ไม่ใช่นักเคมีหรือนักฟิสิกส์: เมื่อไม่นานมานี้ที่ https://news.ycombinator.com/item?id=36864624 มีข้ออ้างที่น่าตื่นเต้นว่าวัสดุชนิดใหม่บางอย่างสามารถ นำไฟฟ้าได้อย่างสมบูรณ์ที่อุณหภูมิห้อง นี่คือความหมายของ “สภาพตัวนำยิ่งยวด” https://en.wikipedia.org/wiki/Superconductivity
วัสดุนี้เป็นรูปแบบดัดแปลงของแร่ที่เรียกว่า lead-apatite ซึ่งสร้างขึ้นโดยการรวม lanarkite กับ copper phosphide และผ่านการเติมแต่งบางอย่าง
นักวิจัยในรายงานนี้พยายามตรวจสอบว่าข้ออ้างนั้นถูกต้องหรือไม่ โดยสร้างวัสดุชนิดเดียวกัน ได้แก่ lanarkite, copper phosphide และ lead-apatite ดัดแปลง แล้วทดสอบการนำไฟฟ้าและการตอบสนองต่อแม่เหล็ก
ผลคือ lanarkite(Pb2SO5) แทบไม่นำไฟฟ้า ส่วน copper phosphide(Cu3P) นำไฟฟ้าคล้ายกับ สารกึ่งตัวนำ lead-apatite ดัดแปลงซึ่งควรจะเป็นตัวนำยิ่งยวด ก็แสดงพฤติกรรมใกล้เคียงกับสารกึ่งตัวนำที่นำไฟฟ้าได้ขึ้นอยู่กับเงื่อนไขมากกว่า
อีกทั้งคุณสมบัติสำคัญของตัวนำยิ่งยวดคือการผลักแม่เหล็กออก แต่เมื่อนักวิจัยนำแม่เหล็กเข้าใกล้ lead-apatite ก็ไม่พบแรงผลัก ดังนั้นพวกเขาจึงเห็นว่าควรทบทวนข้ออ้างเดิมเรื่องตัวนำยิ่งยวดที่อุณหภูมิห้องอย่างระมัดระวังยิ่งขึ้น ในการทดสอบนี้มันดูไม่เหมือนตัวนำยิ่งยวด
ผมคิดว่าผลเชิงทฤษฎีนี้จาก Griffin แห่ง Livermore Lab อธิบายได้ว่าทำไมหลายแล็บจึงประสบปัญหาในการ ทำซ้ำตัวอย่าง LK-99: https://arxiv.org/pdf/2307.16892.pdf
โดยพื้นฐานแล้วมีเซลล์ผลึกที่ซ้ำกันอยู่สองชนิด ตามการคำนวณเชิงทฤษฎี หากแทนที่เซลล์หนึ่งด้วยทองแดง จะเกิดคุณสมบัติตัวนำยิ่งยวด แต่อีกเซลล์หนึ่งไม่เป็นเช่นนั้น การแทนที่แบบ “ไม่ดี” เป็นการแทนที่ที่มีพลังงานต่ำกว่า จึงเกิดขึ้นได้ง่ายกว่า
论文ระบุว่าเมื่อ Cu เข้าแทนที่ตำแหน่ง Pb(1) ที่เหมาะสม จะปรากฏคุณลักษณะสำคัญของสภาพตัวนำยิ่งยวด Tc สูง ได้แก่ d-multiplet ที่แบนมากและแยกตัวโดดเดี่ยว รวมถึงความเป็นไปได้ของแม่เหล็ก ประจุ และโฟนอนที่ผันผวน ในทางกลับกัน หากเข้าแทนที่ตำแหน่ง Pb(2) อื่น แม้จะเป็นตำแหน่งพลังงานต่ำกว่า ก็ไม่เห็นคุณสมบัติที่ต้องการ สิ่งนี้ชี้ให้เห็นถึง ความท้าทายด้านการสังเคราะห์ ในการใส่ Cu ลงในตำแหน่งที่เหมาะสมเพื่อให้ได้ตัวอย่างตัวนำยิ่งยวดแบบ bulk
ถึงอย่างนั้น论文ก็น่าสนใจ และโดยเฉพาะอย่างยิ่งตอนนี้ที่ผู้คนกำลังทำซ้ำ ผลไดอะแมกเนติก ได้อย่างอิสระ
งานวิจัยของ Berkeley เมื่อวันที่ 1 สิงหาคม 2023 ระบุว่า การวิเคราะห์เชิงทฤษฎีชี้ว่า ตัวนำยิ่งยวดอุณหภูมิสูง ที่มีฐานเป็น apatite อาจเป็นไปได้ และชี้ให้เห็นความยากในการสังเคราะห์
เนื้อหาคือ หาก Cu เข้าไปแทนที่ในตำแหน่ง Pb(1) ที่เหมาะสม จะปรากฏลักษณะสำคัญของสภาพนำยิ่งยวดที่มี Tc สูง แต่ตำแหน่ง Pb(2) อื่น ๆ แม้จะเป็นตำแหน่งทดแทนที่มีพลังงานต่ำกว่า กลับไม่มีคุณสมบัติดังกล่าว นี่บ่งชี้ว่าการแทนที่ด้วย Cu อย่างเหมาะสมเพื่อให้ได้ตัวอย่างตัวนำยิ่งยวดแบบ bulk เป็นความท้าทายด้านการสังเคราะห์
https://arxiv.org/abs/2307.16892
สรุปสำหรับผู้อ่านทั่วไปอยู่ที่ https://twitter.com/Andercot/status/1686215574177841152 เป็นเรื่องน่าทึ่งที่ simulation ไม่เพียงให้ผลเอื้อต่อสภาพนำยิ่งยวดเท่านั้น แต่ยังสอดคล้องกับสิ่งที่นักวิจัยต้นฉบับเสนอ และกับความยากในการสังเคราะห์ที่ผู้พยายามทำซ้ำกำลังพบด้วย
simulation ได้จำลองสิ่งที่ผู้เขียนต้นฉบับชาวเกาหลีเสนอว่าเกิดขึ้นในวัสดุนี้ คืออะตอมทองแดงเข้าไปในโครงสร้างผลึกและแทนที่อะตอมตะกั่ว โดยผลึกบิดเบี้ยวเล็กน้อยจนหดตัว 0.5% มีการเสนอว่าโครงสร้างเฉพาะตัวนี้ทำให้คุณสมบัติอันน่าทึ่งเป็นไปได้
สุดท้าย เส้นทางการนำไฟฟ้าที่น่าสนใจจะก่อตัวขึ้นก็ต่อเมื่ออะตอมทองแดงเข้าไปอยู่ในตำแหน่งที่มีโอกาสเกิดน้อยกว่าในโครงผลึก หรือก็คือ ตำแหน่งพันธะที่มีพลังงานสูงกว่า ดังนั้นอาจสังเคราะห์ได้ยาก เพราะต้องมีเพียงส่วนเล็กมากของผลึกทั้งหมดที่ทองแดงเข้าไปอยู่ในตำแหน่งที่พอดีเป๊ะ
น่าทึ่งจริง ๆ ที่เธอตีพิมพ์บทความได้เร็วขนาดนี้ และยังเสนอ insight สำคัญมากต่อปัญหานี้ได้ด้วย
ในบทความยังมีประโยคเจ๋ง ๆ แบบนี้ด้วย: “สภาพแวดล้อมสนามผลึกเช่นนั้นน่าจะเป็นไปได้ใน heterobilayer แบบบิดที่ถูกแทรกเข้าไปเช่นกัน โดยการเลือก heterobilayer ที่ต่างกันสามารถให้การแตกสมมาตรกระจก และ moiré twist สามารถให้การหมุนแบบใดก็ได้ของสามเหลี่ยมด้านบนและด้านล่าง”
น่าเสียดายที่ทำไม่ได้แม้แต่ในเชิงคำนวณ และโอกาสจะได้ผลบวกจริงจำนวนมากก็คงต่ำ
สงสัยเหมือนกันว่าถ้าอัปโหลดบทความที่ดูมีเหตุผลขึ้น arXiv จะล่อให้นักทฤษฎีไป simulation วัสดุแทบอะไรก็ได้หรือเปล่า ยกเลิกคำถาม รู้แล้วว่าทำได้อยู่แล้ว
ถ้าเป็นอย่างนั้นก็เป็นแค่ confirmation bias แต่ถ้าผลการวิเคราะห์แบบนี้พบได้ค่อนข้างยาก ก็อาจมีอะไรบางอย่างอยู่จริง
ระบุว่า “เมื่อวางเม็ดอัด Pb10-xCux(PO4)6O ที่ถูกอัดไว้บนแม่เหล็ก Nd2Fe14B เชิงพาณิชย์ที่อุณหภูมิห้อง ไม่รู้สึกถึงแรงผลัก และไม่พบการลอยตัวด้วยแม่เหล็ก”
ถ้าอย่างนั้นควรอธิบายวิดีโอที่แสดงการลอยตัวด้วยแม่เหล็กอย่างไร? https://sciencecast.org/casts/suc384jly50n
ถ้าบทความที่ลิงก์ไม่สามารถทำซ้ำเอฟเฟกต์นี้ได้ ก็ดูเหมือนมีความเป็นไปได้สองอย่าง อย่างแรก วิดีโอเป็นของปลอม แต่ทำแบบนั้นก็จะจบอาชีพผู้เขียนอย่างคาดเดาได้ จึงจินตนาการได้ยากมาก อย่างที่สอง ไม่ว่าด้วยเหตุผลใด ตัวอย่างที่สังเคราะห์ในบทความนั้นไม่เหมือนกับตัวอย่างเดิม
ดังนั้นจึงไม่ชัดเจนจริง ๆ ว่าทุกคนกำลังสร้างวัสดุเดียวกันอยู่หรือไม่ น่าเสียดายที่มันถูกเผยแพร่ออกมาก่อนที่ผู้เขียนจะขัดเกลาบทความให้เรียบร้อย
ผมไม่ใช่นักฟิสิกส์หรือนักเคมี
“เมื่อดูวิดีโอนั้น ฉันก็หมดหวังกับการค้นพบนี้ สำหรับฉันมันดูไม่เหมือน Meissner effect”
diamagnet ที่ไม่ใช่ตัวนำยิ่งยวดไม่สามารถลอยอย่างอิสระได้เนื่องจากความไม่เสถียรพื้นฐาน และจะตกออกจากการลอยเสมอ เว้นแต่จะหมุนในลักษณะเฉพาะ ตัวนำยิ่งยวดในวิดีโอสัมผัสทางกายภาพกับแม่เหล็กด้านล่างอยู่ ซึ่งแค่นั้นก็เพียงพอที่จะคลายเงื่อนไขความไม่เสถียรนั้นและทำให้วัสดุคงตัวได้
ดูเหมือนว่าจำเป็นต้องมี กระบวนการ annealing บางอย่างไม่ใช่หรือ? วัสดุนี้โดยพื้นฐานแล้วทำจากผงที่ถูกอัดเป็นรูปเม็ดยา ดังนั้นถ้าคุณสมบัติการเป็นตัวนำยิ่งยวดมีอยู่แค่ในเม็ดผงแต่ละเม็ด และไม่ได้ข้ามผ่านขอบเขตระหว่างเม็ดได้ง่าย ก็น่าจะมีโอกาสสูงมากที่จะเป็นตัวนำที่แย่มาก
ดังนั้นรูปแบบสุดท้ายควรจะใกล้เคียงกับเซรามิกมากกว่าหรือเปล่า ผมอาจจะเข้าใจอะไรผิดไปก็ได้
ตัวอย่างที่ลอยตัวในภาพถ่ายและวิดีโอดั้งเดิมซึ่งเป็นจุดเริ่มต้นของเรื่องนี้ก็มีรูปร่างประหลาด เหมือนหลุดออกมาจากชิ้นใหญ่
ควรบดตัวอย่างแล้วดูว่ามีเม็ดไหนลอยได้หรือไม่ นี่แทบจะเป็นคำพูดติดปากบน Twitter ทุกครั้งที่มีตัวอย่างเม็ดอัดก้อนใหญ่จากการทำซ้ำที่ล้มเหลวถูกโพสต์ขึ้นมา
หากพิสูจน์ได้ชัดเจนว่าสิ่งนี้เกิดขึ้นจริง แม้จะเป็นตัวอย่างที่เล็กกว่าและเป็นตัวนำยิ่งยวดอย่างชัดเจน ไม่ว่าจะขนาดเท่าเม็ดทรายหรือเม็ดข้าว การปรับปรุงกระบวนการเพื่อให้ได้ตัวอย่างที่ใหญ่กว่าและต่อเนื่องกว่าซึ่งแสดงผลนี้ก็คงไม่ใช่เรื่องยาก ตราบใดที่ชัดเจนว่าเป็นตัวนำยิ่งยวดที่อุณหภูมิห้อง เมื่อมีตัวอย่างมากขึ้น ผู้เชี่ยวชาญด้านการวิเคราะห์ก็จะเข้ามาลงมือได้ มีผู้เชี่ยวชาญด้านการวิเคราะห์ทั่วโลก ทั้งนักผลึกศาสตร์ นักสเปกโทรสโกปี และผู้เชี่ยวชาญสาขาย่อยของเคมีวิเคราะห์ หากมีตัวอย่างที่เป็นตัวนำยิ่งยวดอย่างชัดเจน พวกเขาก็จะหาคำตอบได้ว่าอะไรคือเวทมนตร์นั้น และต้องทำอะไรเพื่อสร้างก้อนหินลอยได้ที่ใหญ่ขึ้นและมากขึ้น
พอดูภาพตัวอย่างที่ลอยอยู่แล้ว สิ่งที่แปลกคือวัสดุลอยเอียง ๆ https://www.newscientist.com/article/2384782-room-temperature-superconductor-breakthrough-met-with-scepticism/
ส่วนที่แตกออกลอยอยู่ ส่วนที่ “ถูกอัด” วางอยู่บนแผ่น สำหรับผม นี่ดูเหมือนว่าตัวอย่างส่วนใหญ่ไม่ใช่วัสดุเป้าหมาย
ถ้าวัสดุเป้าหมายกระจายตัวอย่างสม่ำเสมอ คุณสมบัติการลอยควรมีความสัมพันธ์กับความหนาของชิ้น และทั้งชิ้นควรลอยอย่างสม่ำเสมอ ถ้าชิ้นหนา 1 มม. มีแรงลอยตัว 1 หน่วย ชิ้นหนา 5 มม. ก็ควรมี 5 หน่วย และถ้าส่วน 1 มม. ลอยได้ ส่วน 5 มม. ก็ควรลอยได้ด้วย
เพราะมันไม่ได้ลอยอย่างสม่ำเสมอ จึงดูเหมือนว่าวัสดุเป้าหมาย กระจายตัวไม่สม่ำเสมอ ยิ่งไปกว่านั้น ผมคิดว่าวัสดุเป้าหมายอาจไปรวมอยู่เพียงส่วนหนึ่งของตัวอย่างจริง ๆ ก็ได้ บางทีอาจเป็นจุดสีเงินเล็ก ๆ ใกล้ปลายรอยแตก
เท่าที่อ่านมา เขาว่าการชักนำให้ทองแดงไปอยู่ในตำแหน่งที่ถูกต้องนั้นยากมาก ตัวกระบวนการเองอาจทำงานได้ แต่การสร้างชิ้นที่ใหญ่พอจะพยุงผลการลอยตัวอาจต้องอาศัยโชคพอสมควร
คล้ายกับเอาลูกโป่งฮีเลียม “แรงยกสูงมาก” ใส่ไว้กลางเค้กที่กินไปแล้วครึ่งหนึ่ง ลูกโป่งฮีเลียมยกเค้กขึ้น แต่เพราะน้ำหนักของอีกครึ่งที่ยังไม่ได้กิน มันจึงเอียง
ผมสับสนมากเพราะ “this http URL” ในบทคัดย่อ แต่ปรากฏว่า arxiv.org อ่านหน่วยความต้านทาน ohm.cm เหมือนเป็น URL
ดูเหมือนว่าจะมีหลักฐานใหม่ที่สนับสนุนฝั่งที่ว่าเป็นของจริง
https://twitter.com/Andercot/status/1686215574177841152
ผลจาก National Lab (LBNL) สนับสนุนว่า LK-99 เป็นตัวนำยิ่งยวดที่อุณหภูมิห้องและความดันบรรยากาศ การจำลองที่เพิ่งขึ้น arXiv เมื่อ 1 ชั่วโมงก่อนก็สนับสนุนว่า LK-99 คือจอกศักดิ์สิทธิ์ของวัสดุศาสตร์สมัยใหม่และฟิสิกส์ประยุกต์
https://arxiv.org/abs/2307.16892
ผมเชื่อได้ยากว่าคอมเมนต์ในเธรดอื่นมาจากผู้ปฏิบัติงานจริงในสาขาเดียวกัน เพราะ DFT ขึ้นชื่อว่าไม่เสถียร โดยเฉพาะเมื่ออาจมีเอฟเฟกต์สหสัมพันธ์ที่ผิดปกติ แต่พวกเขาดูมั่นใจกับผลลัพธ์นั้นมากเกินไป
ถ้าพฤติกรรมที่ตัวอย่างของพวกเขาแสดงออกต่างจากตัวอย่างในบทความของ Lee และคณะมากขนาดนี้ นี่เป็นวัสดุชนิดเดียวกันจริงหรือ? ต่อให้คุณสมบัติการนำไฟฟ้าอธิบายได้ด้วยข้อผิดพลาดในขั้นตอนการวัด แล้วทำไม การตอบสนองต่อสนามแม่เหล็ก ถึงต่างกัน? ผู้เขียนต้นฉบับไม่ซื่อสัตย์หรือเปล่า หรือวัสดุที่ทำซ้ำได้นั้นต่างออกไป? การวิเคราะห์ด้วยรังสีเอกซ์ดูเหมือนจะสนับสนุนว่าทั้งสองคล้ายกันมากหรือเป็นวัสดุเดียวกัน ผมคิดว่าเราน่าจะเห็นกรณีแบบนี้มากขึ้นในสัปดาห์หน้า เมื่อแล็บในจีนผลิตตัวอย่างเพิ่ม
ตัวที่ลอยได้นั้นเป็นตัวอย่างที่ผ่าน annealing แล้ว นั่นอาจเป็นประเด็นก็ได้