ต้นกำเนิดของแถบแบนโดดเดี่ยวแบบมีสหสัมพันธ์ใน LK99

 (arxiv.org)
1 คะแนน โดย GN⁺ 2023-08-02 | 1 ความคิดเห็น | แชร์ทาง WhatsApp
  • ใน LK99 ที่ได้รับความสนใจมากขึ้นจากรายงานความเป็นไปได้ของตัวนำยิ่งยวดที่อุณหภูมิห้องและความดันบรรยากาศ พบ แถบแบน โดดเดี่ยวแบบมีสหสัมพันธ์ที่ระดับ Fermi จากการคำนวณด้วยทฤษฎีฟังก์ชันนัลความหนาแน่น
  • แถบแบนนี้เกิดจากการรวมกันของ ความบิดเบี้ยวเชิงโครงสร้าง ที่ไอออน Cu สร้างขึ้น และ คลื่นความหนาแน่นประจุแบบไครัล ของคู่อิเล็กตรอนโดดเดี่ยว Pb(2) 6s² โดยฟิสิกส์พลังงานต่ำสามารถอธิบายได้เป็นส่วนใหญ่ด้วยแบบจำลองอย่างน้อย 2 แบนด์
  • เมื่อ Cu เข้าแทนที่ตำแหน่ง Pb(1) ค่าคงที่แลตทิซ a และ c จะลดลงจาก 9.875 Å→9.738 Å และ 7.386 Å→7.307 Å ตามลำดับ และบริเวณรอบ Cu จะก่อเป็นพิกัดเชิง Jahn-Teller ปริซึมสามเหลี่ยม ที่บิดเบี้ยว
  • แบนด์ Cu-d โดดเดี่ยวที่คำนวณได้มีความกว้างสูงสุดประมาณ 130 meV และแยกจากแบนด์วาเลนซ์อื่น ๆ อยู่ 160 meV แต่เมื่อ Cu เข้าแทนที่ตำแหน่ง Pb(2) จะไม่เกิดแบนด์ d ที่มีสหสัมพันธ์ที่ระดับ Fermi
  • คำนวณได้ว่าตำแหน่ง Pb(2) มีเสถียรภาพมากกว่าตำแหน่ง Pb(1) อยู่ 1.08 eV ทำให้การทำให้ Cu เข้าแทนที่ Pb(1) ซึ่งจำเป็นต่อการได้ตัวอย่างตัวนำยิ่งยวดแบบบัลก์ ยังคงเป็นข้อจำกัดสำคัญด้านการสังเคราะห์

วัตถุและวิธีการคำนวณ

  • วัสดุเป้าหมายคืออะพาไทต์ตะกั่วฟอสเฟตที่มีการแทนที่ด้วย Cu CuPb9(PO4)6(OH)2 ซึ่งถูกคำนวณเพื่อทำความเข้าใจความสัมพันธ์ระหว่างโครงสร้างกับสมบัติของ LK99
  • การคำนวณโครงสร้างอิเล็กทรอนิกส์ทำด้วยทฤษฎีฟังก์ชันนัลความหนาแน่นบนพื้นฐาน VASP และมีการใช้ Hubbard-U เพื่อแก้ปัญหาการกระจายตัวเฉพาะที่ต่ำเกินไปของสถานะ Cu-d
    • มีการทดสอบค่า U ตั้งแต่ 2 eV ถึง 6 eV และผลหลักมีลักษณะเชิงคุณภาพคล้ายกันในทุกค่า
    • ผลในเนื้อหานี้อ้างอิงการคำนวณที่ U = 4 eV ซึ่งให้ค่าคงที่แลตทิซสอดคล้องกับค่าทดลองภายใน 1%
  • สูตรทั่วไปของอะพาไทต์คือ A10(TO4)6X2±x และในที่นี้ใช้โครงสร้าง Pb10(PO4)6(OH)2 เป็นจุดตั้งต้น

คู่อิเล็กตรอนโดดเดี่ยวของ Pb และโครงสร้างอะพาไทต์

  • อะพาไทต์ตะกั่วฟอสเฟตมีโครงสร้างที่โครงร่างเกิดจากปริซึม PbO6 และเตตระฮีดรอน PO4 ที่ใช้ขอบร่วมกัน และภายในถูกเติมด้วย Pb6(OH)2
  • ภายในโครงสร้างมีตำแหน่ง Pb อยู่สองชนิด
    • Pb(1): ร่วมกับเตตระฮีดรอน PO4 สร้างโครงร่างทั้งหมด
    • Pb(2): มีบทบาทสำคัญต่อการเชื่อมต่อ Pb-O รอบคอลัมน์ศูนย์กลางหกเหลี่ยมและการเอียงของพหุทรง
  • แม้ทั้ง Pb(1) และ Pb(2) จะมีคู่อิเล็กตรอนโดดเดี่ยว 6s² แต่จากฟังก์ชันการแปลตำแหน่งอิเล็กตรอนที่คำนวณได้ มีเพียง คู่อิเล็กตรอนโดดเดี่ยวของ Pb(2) เท่านั้นที่มีความแอ็กทีฟเชิงสเตอริโอเคมี
  • คู่อิเล็กตรอนโดดเดี่ยวของ Pb(2) จัดเรียงแบบไครัลโดยทำมุมประมาณ 105° กับแกน a และผลักอะตอมออกซิเจนรอบข้างอย่างไม่สมมาตร จนเกิดเป็น คลื่นความหนาแน่นประจุแบบไครัล
  • เนื่องจากออกซิเจนเหล่านี้ใช้ขอบร่วมกับ PO4 ความบิดเบี้ยวเชิงโครงสร้างที่เริ่มจากคู่อิเล็กตรอนโดดเดี่ยวของ Pb(2) จึงแพร่ไปทั่วทั้งโครงสร้าง

การปรับโครงสร้างใหม่จากการแทนที่ด้วย Cu

  • เมื่อ Cu เข้าแทนที่ตำแหน่ง Pb(1) ค่าคงที่แลตทิซจะลดลง
    • a: 9.875 Å → 9.738 Å
    • c: 7.386 Å → 7.307 Å
  • การเปลี่ยนแปลงของค่าคงที่แลตทิซที่คำนวณได้แสดงการหดตัวของโครงสร้างมากกว่าที่รายงานไว้ก่อนหน้า
    • รายงานเดิม: a จาก 9.865 Å→9.843 Å, c จาก 7.431 Å→7.428 Å
  • การแทนที่ด้วย Cu ไม่ได้ทำให้เปลี่ยนเฉพาะที่ตำแหน่ง Cu เท่านั้น แต่ยังก่อให้เกิดความบิดเบี้ยวเชิงโครงสร้างทั่วทั้งระบบ โดยเปลี่ยนเลขพิกัดของตำแหน่ง Pb(1) อื่น ๆ จาก 9 เป็น 6
  • ความบิดเบี้ยวนี้เกิดขึ้นหลัก ๆ จาก การเอียงของพหุทรง PO4 และการเคลื่อนที่ของเพื่อนบ้านออกซิเจนที่ใช้ขอบร่วมกัน
    • ในการวิเคราะห์โหมดโฟนอนแบบปรับตามสมมาตร แอมพลิจูดของโหมด Γ1 และ Γ2 มีค่า 1.19 Å และ 1.78 Å ตามลำดับ
  • Cu²⁺ จับกับออกซิเจน 6 อะตอมและก่อเป็นพิกัดเชิง Jahn-Teller ปริซึมสามเหลี่ยม ที่บิดเบี้ยว
    • ความยาวพันธะ Cu-O มีค่า 2.06 Å ทางด้านที่มี P อยู่ใกล้ และ 2.35 Å ทางด้านที่ไม่มี P
    • สามเหลี่ยมออกซิเจนด้านบนและล่างแสดงลักษณะ Bailar twist ที่หมุนประมาณ 24°
    • สภาพแวดล้อมของ Cu ที่ไม่สมมาตรเช่นนี้อาจส่งผลต่อไดโพลเฉพาะที่ในทิศ z ได้ด้วย

แถบแบนโดดเดี่ยวที่ระดับ Fermi

  • ในการคำนวณโครงสร้างอิเล็กทรอนิกส์แบบสปินโพลาไรซ์ พบชุดของ แถบแบนโดดเดี่ยว ที่พาดผ่านระดับ Fermi
    • ความกว้างแบนด์สูงสุดประมาณ 130 meV
    • แยกจากแบนด์วาเลนซ์อื่น ๆ อยู่ 160 meV
  • ความกว้างแบนด์ที่แคบถูกตีความว่าเป็นสัญญาณของแบนด์ที่มีสหสัมพันธ์แรง และยังสอดคล้องกับความยาวพันธะ Cu-O และสภาพพิกัดของ Cu ที่ผิดปกติ
  • ในสนามผลึกของปริซึมสามเหลี่ยมที่บิดเบี้ยว สำหรับการจัดเรียง d9 ของ Cu²⁺ คาดว่าจะเกิดแบนด์คู่เสื่อม dyz/dxz แบบเติมครึ่งหนึ่ง
    • ในการคำนวณก็พบเช่นกันว่า ที่ระดับ Fermi มีสองแบนด์ลักษณะ dyz/dxz อยู่ในสถานะเติมครึ่งหนึ่ง
  • ฟิสิกส์พลังงานต่ำสามารถอธิบายได้ด้วย แบบจำลอง 2 แบนด์ dyz/dxz ซึ่งคล้ายกับแบบจำลองที่เคยเสนอสำหรับตัวนำยิ่งยวด Fe-pnictide
  • หากแทนที่ Pb(1) ด้วย Cu แบบตรง ๆ โดยไม่ผ่อนคลายโครงสร้าง สถานะ Cu-d จะยังคงอยู่ภายในแบนด์วาเลนซ์รวมและไม่ก่อเป็นแบนด์โดดเดี่ยว
    • แถบ Cu-d แบนโดดเดี่ยวไม่ได้เกิดจากการแทนที่อย่างเดียว แต่เกิดจาก การปรับโครงสร้างใหม่ และสภาพแวดล้อมสนามผลึกของโครงข่ายอะพาไทต์

ความเป็นไปได้ของตัวนำยิ่งยวดและข้อจำกัดที่ยังเหลืออยู่

  • โครงสร้างที่ Cu เข้าแทนที่ตำแหน่ง Pb(1) แสดงคุณลักษณะหลายอย่างที่มักได้รับความสนใจในตัวนำยิ่งยวดอุณหภูมิสูง
    • แบนด์ d โดดเดี่ยวที่แบนมาก
    • ความเป็นไปได้ของความผันผวนแม่เหล็ก
    • ความเป็นไปได้ของความผันผวนของประจุและโฟนอน
  • แถบแบนถูกมองว่าเป็นเป้าหมายเพื่อให้ได้ TC สูงในมุมมองของทฤษฎี BCS มาโดยตลอด และเมื่อความหนาแน่นของสถานะที่แถบแบนมีค่าพุ่งสูง TC อาจแปรผันตามความแรงของอันตรกิริยาได้
  • ในระบบนี้ การคำนวณยืนยันผู้สมัครหลายชนิดของความผันผวนที่เกี่ยวข้องกับการเกิดคู่
    • คลื่นความหนาแน่นประจุ ที่เกิดจากการจัดเรียงแบบไครัลของคู่อิเล็กตรอนโดดเดี่ยว Pb(2)
    • โหมดโฟนอน zone-center สองโหมดที่เหนี่ยวนำการเปลี่ยนรูปเชิงโครงสร้างทั่วทั้งระบบจากการแทนที่ด้วย Cu
    • อันตรกิริยาแลกเปลี่ยนระหว่าง Cu ในยูนิตเซลล์ข้างเคียง
  • อันตรกิริยาแลกเปลี่ยน Cu-Cu แสดงแนวโน้มต่างกันตามทิศทาง
    • ตามแกน c ที่ระยะ Cu-Cu 7.307 Å การจับคู่แบบเฟอร์โรแมกเนติกได้เปรียบกว่าแบบแอนติเฟอร์โรแมกเนติกอยู่ 2 meV/Cu
    • ภายในระนาบ ที่ระยะ Cu-Cu 9.738 Å การจับคู่แบบแอนติเฟอร์โรแมกเนติกได้เปรียบอยู่ 7 µeV/Cu
    • ผลนี้ตั้งอยู่บนสมมติฐานที่ไม่สมจริงว่ามี Cu อยู่ในตำแหน่งแทนที่เดียวกันในแต่ละยูนิตเซลล์
  • เมื่อ Cu เข้าแทนที่ตำแหน่ง Pb(2) โครงสร้างจะจัดเรียงใหม่ไปเป็นสมมาตร P1 ที่ต่ำกว่า และ Cu จะสร้างพิกัดแบบเตตระฮีดรอนกับออกซิเจน
    • ในกรณีนี้จะไม่ปรากฏแบนด์ d ที่มีสหสัมพันธ์พาดผ่านระดับ Fermi
    • การแทนที่ที่ Pb(2) มีพลังงานได้เปรียบกว่าการแทนที่ที่ Pb(1) อยู่ 1.08 eV จึงอาจทำให้การสังเคราะห์เพื่อให้ได้การแทนที่ที่ตำแหน่ง Pb(1) ตามต้องการเป็นเรื่องยาก

บทความที่เกี่ยวข้อง

1 ความคิดเห็น

 
GN⁺ 2023-08-02
ความคิดเห็นจาก Hacker News

  • ดูเหมือนความเป็นไปได้ที่ LK-99 จะเป็นของจริงยิ่งเพิ่มขึ้นเรื่อย ๆ บทความนี้เป็นบทความเชิงทฤษฎี และมองว่า การแทนที่ด้วย Cu แบบเฉพาะเจาะจง ในตำแหน่งอะตอม Pb บางตำแหน่งคือกุญแจที่ทำให้เกิดโครงสร้างแถบพลังงานที่มักพบในตัวนำยิ่งยวดอุณหภูมิสูงได้
    พูดในเชิงใช้งานจริง นั่นหมายความว่าการสังเคราะห์ LK-99 ที่เป็นตัวนำยิ่งยวดไม่ใช่เรื่องง่าย และต้องสร้าง โลหะผสมแทนที่ ให้ถูกต้องจึงจะใช้งานได้
    เป็นบทความ DFT ที่กล่าวว่าโครงสร้างแถบพลังงานที่พบในตัวนำยิ่งยวดอุณหภูมิสูงปรากฏขึ้นอย่างเป็นธรรมชาติ และการคัปปลิงอิเล็กตรอน-โฟนอนที่แรง ซึ่งจำเป็นเสมอสำหรับสภาวะตัวนำยิ่งยวด ก็เกิดขึ้นอย่างเป็นธรรมชาติจากโครงสร้างเช่นกัน
    ในบรรดาทั้งหมดจนถึงตอนนี้ นี่ทำให้ตื่นเต้นที่สุดกับความเป็นไปได้ที่จะเป็นตัวนำยิ่งยวดที่อุณหภูมิห้องและความดันปกติ

    • ถ้าจำลองสิ่งนี้ได้ ก็สงสัยว่าทำไมแต่ก่อนไม่ใช้การจำลองเพื่อค้นหา วัสดุผู้สมัครตัวนำยิ่งยวด ที่มีแนวโน้มดีได้ เป็นเพราะมีชุดผสมที่ต้องตรวจสอบมากเกินไปหรือเปล่า?
      ถ้ามองแบบง่าย ๆ หาก LK-99 เป็นของจริง ก็ดูเหมือนแทบจะค้นพบได้ด้วยโชค
    • นึกถึงตอนที่ผลจาก LHC ออกมาทีไร ก็มีบทความทฤษฎีเป็นล้านฉบับที่อธิบายผลนั้นได้ไหลออกมา
      สงสัยว่า ทฤษฎีฟิสิกส์สถานะของแข็ง ก็มีตัวกำหนดน้อยเกินไปในลักษณะคล้ายกัน จนสามารถปรับทฤษฎีให้เข้ากับผลลัพธ์อะไรก็ได้หรือไม่ หรือบทความนี้มีความหมายจริง ๆ กันแน่
    • นี่ไม่ใช่สาขาความเชี่ยวชาญของผมเลย แต่ถ้าเราตัดสินเรื่องแบบนี้ด้วยการคำนวณได้แม้ไม่มีข้อมูลทดลอง และรู้ว่าเรากำลังมองหา โครงสร้างแถบพลังงาน แบบหนึ่งอยู่ ก็แค่ค้นหาแบบอัตโนมัติในชุดผสมทางเคมีที่เป็นไปได้ แล้วหาวัสดุทั้งหมดที่สร้างโครงสร้างแถบพลังงานนั้นได้ไม่ใช่หรือ?
      จากนั้นก็คัดจากวัสดุที่สร้างง่ายและใช้วัตถุดิบทั่วไปมาทดลองก่อน น่าจะทำแบบนั้นได้ ผมไม่รู้ว่าผมพลาดอะไรไป
    • สงสัยว่ามีวิธีรับประกันให้ การแทนที่ด้วย Cu แบบเฉพาะเจาะจง นั้นเกิดในตำแหน่งอะตอมที่ถูกต้องหรือไม่ หรือไม่ก็อยากรู้ว่าขั้นต่อไปจากมุมมองการสังเคราะห์คืออะไร
    • ไม่ใช่ผู้เชี่ยวชาญ แต่เมื่อเห็น องค์ประกอบทางเคมีโดยละเอียด ในสรุป arXiv, สิทธิบัตร และสิ่งพิมพ์หลายฉบับ ก็รู้สึกเหมือนเตรียมยิ้มอย่างมั่นใจได้ แม้ยังต้องผ่านการตรวจสอบสารพัดอย่างก็ตาม

  • ต่อให้ LK99 ไม่ใช่ของจริง ช่วง 2 สัปดาห์ที่ผ่านมาก็น่าตื่นเต้นมากจริง ๆ ผมไม่รู้เรื่องวัสดุศาสตร์เลย แต่ได้เพลิดเพลินกับความกระตือรือร้นและความมองโลกในแง่ดีล้วน ๆ ที่วงการวิทยาศาสตร์แสดงออกมา และรู้สึกเหมือนได้เป็นส่วนหนึ่งของสิ่งที่ไม่เหมือนใครและพิเศษ ซึ่งคงเกิดขึ้นได้ก็เพราะ การสื่อสารกับสาธารณะ ที่เข้าถึงง่ายเท่านั้น
    ความตื่นเต้นที่นี่จับต้องได้ และรู้สึกโชคดีที่ได้แบ่งปันช่วงเวลาเล็กจิ๋วอย่างยิ่งในประวัติศาสตร์มนุษยชาตินี้กับผู้คนมากมาย

    • บางครั้งก็จินตนาการว่าถ้าได้เห็น เทคโนโลยีใหม่ระดับรากฐาน อย่างไฟฟ้าหรือวิทยุถือกำเนิดขึ้นจะเป็นอย่างไร
      แล้วก็นึกขึ้นได้ว่าเราอยู่ไกลกว่าพวกเขาบนต้นไม้เทคโนโลยี และนั่นเป็นของขวัญที่ยิ่งใหญ่แค่ไหน การได้เห็นต้นไม้เทคโนโลยีอัปเดตแบบเรียลไทม์นั้นน่าตื่นเต้นจริง ๆ
      ผมคิดว่าอนาคตของมนุษยชาตินั้นสดใส ต่างจากความคิดหมู่ที่หดหู่ในปัจจุบัน จนถึงขั้นอิจฉาคนรุ่นหลังด้วยซ้ำ

  • บทความนี้เป็นเรื่องที่นักวิจัยสังกัด Lawrence Berkeley National Laboratory จำลอง LK99 แล้วพบ ลักษณะที่เกี่ยวข้องกับตัวนำยิ่งยวดอุณหภูมิสูง
    ในย่อหน้าสุดท้ายก่อนกิตติกรรมประกาศ บทความชี้ถึงลักษณะที่อาจทำให้การสังเคราะห์ยากขึ้น และสรุปว่า “อย่างไรก็ดี เราคาดว่าการระบุกลุ่มวัสดุใหม่นี้จะกระตุ้นการศึกษาเพิ่มเติมเกี่ยวกับแร่ apatite ที่โดปแล้ว เนื่องจากมีสัญญาณทางทฤษฎีที่น่าสนใจและรายงานการทดลองเกี่ยวกับความเป็นไปได้ของตัวนำยิ่งยวด Tc สูง”
    อนึ่ง ผมเรียนไม่จบมัธยมปลาย และเคยทำงานในโปรเจกต์ฟิสิกส์อยู่ช่วงหนึ่ง

  • “อย่างไรก็ตาม หากแทนที่ในตำแหน่ง Pb(2) อื่น แม้จะเป็นตำแหน่งแทนที่ที่มีพลังงานต่ำกว่า แต่ดูเหมือนว่าจะไม่เกิดคุณสมบัติที่ต้องการเหล่านั้น ผลลัพธ์นี้บ่งชี้ถึงความยากในการสังเคราะห์เพื่อให้ได้ การแทนที่ด้วย Cu ในตำแหน่งที่เหมาะสม สำหรับการได้ตัวอย่างตัวนำยิ่งยวดแบบ bulk”
    ตอนนี้เริ่มเชื่อแล้วจริง ๆ ว่า LK-99 อาจใช่ก็ได้

    • เป็นยุคที่น่าทึ่งจริง ๆ สิ่งที่เคยคาดว่าจะเป็นไปได้อีกประมาณ 40 ปีข้างหน้า รู้สึกเหมือนเลื่อนมาเกิดจริงเร็วขึ้นราว 30 ปี
      ความกังขามีสูง และก็ควรเป็นเช่นนั้น แต่สิ่งที่ทำได้จริงแต่ค้นพบยากกำลังคลี่ออกอย่างรวดเร็ว ต่อไปอะไรจะถูกทลายลงอีก?
      ผมรู้ว่าตัวเองกำลังแสดงความมั่นใจเกินเหตุแบบไร้เหตุผล และยังมีความเป็นไปได้มากกว่าว่านี่เป็นความเข้าใจผิดหรือการปั่นข้อมูล ถึงอย่างนั้น AI, อวกาศ, การรักษามะเร็ง, งานวิจัยด้านการชะลอวัย, รถยนต์ไฟฟ้า แม้กระทั่งรถบินได้และฟิวชัน ต่างก็ให้ความรู้สึกว่าการลงทุนระยะยาวกำลังเข้าใกล้ผลลัพธ์อย่างรวดเร็ว เป็นยุคที่ดีจริง ๆ ที่ได้มีชีวิตอยู่
    • มีใครอธิบายได้ไหมว่าสิ่งนี้เกี่ยวข้องอย่างไรกับการที่มันสามารถ สังเคราะห์ในรูปแบบตัวนำยิ่งยวด ได้?
      สงสัยว่ามีวิธีบังคับให้ Cu เข้าไปอยู่ในตำแหน่งที่ถูกต้องหรือไม่ หรือหนทางต่อไปคือการหาวัสดุใหม่ที่มีคุณสมบัติคล้ายกัน

  • ถ้า LK-99 หรือวัสดุคล้ายกันมีความเป็นไปได้สูงขึ้นจริง ๆ ว่าจะเป็น ตัวนำยิ่งยวด Tc สูง คนฉลาด ๆ จะเตรียมอะไรกัน? การลงทุนที่ดีคืออะไร และบริษัทแบบไหนจะเกิดขึ้น หรือบริษัทเดิมจะเปลี่ยนทิศทางไปทางไหน?

    • ผมมองว่าการลงทุนที่ดีคือ ทุนวิจัยแบบเปิด ที่ให้กับใครก็ตามที่มีการฝึกฝนด้านวิทยาศาสตร์เชิงทดลองพอสมควร ควรให้พวกเขาทดลองส่วนผสมทุกอย่างที่เป็นไปได้โดยไม่ต้องกังวลเรื่อง “ตีพิมพ์ไม่งั้นก็จบ” หรือการแข่งขันด้านสถานะในแวดวงวิชาการ
      ต้องดึงบุคลากรเทคนิคที่ฉลาดและทุ่มเทที่สุดออกจากการพัฒนาแอป CRUD ที่จ่ายเงินเดือน 10 เท่าของงานวิชาการ แล้วพากลับเข้าห้องแล็บ
      ถ้าการค้นพบนี้เป็นจริง แปลว่าเราโชคดีมาก ตามเรื่องราวของ LK-99 ที่เป็นที่รู้กัน มันเกือบจะไม่เกิดขึ้นแล้ว และระบบปัจจุบันไม่ได้ถูกออกแบบมาให้สร้างการค้นพบแบบนี้ได้อย่างรวดเร็ว
      การใช้เงินหลายพันล้านดอลลาร์กับงานวิจัยพื้นฐานแบบ “แค่ไปค้นหาสิ่งสำคัญมา” นั้นถูกอย่างยิ่งเมื่อเทียบกับต้นทุนที่มนุษยชาติต้องอยู่โดยไม่มีตัวนำยิ่งยวด Tc สูง
    • เขียนไว้โดยหวังพึ่งกฎของ Cunningham :)
      พลังงานสีเขียว จะดูเป็นไปได้จริงมากขึ้นอย่างฉับพลัน โครงการขนาดมหึมาในทำเลที่มีประสิทธิภาพที่สุดจะส่งพลังงานไปได้ไกลและกักเก็บได้แทบไม่มีการสูญเสีย ช่วยบรรเทาความผันผวนตามภูมิภาคได้ระดับหนึ่ง โดยเฉพาะถ้าระเบียบโลกที่เชื่อถือได้ทำให้โครงข่ายไฟฟ้าทั่วโลกแบบบูรณาการเป็นไปได้
      ผมอ่านมาว่า LK99 อาจมีข้อจำกัดในการขนส่งกระแสไฟฟ้าขนาดใหญ่ แต่แนวทางอื่นอาจดีกว่า
      รถยนต์ไฟฟ้าจะเปลี่ยนตลาดครั้งใหญ่จากมอเตอร์ แบตเตอรี่ เวลาในการชาร์จ และน้ำหนักที่ดีขึ้น อีกทั้งยังปลอดภัยกว่าแบตเตอรี่รถยนต์ส่วนใหญ่ในปัจจุบันมาก
      ในด้านคอมพิวติง ทรานซิสเตอร์ไร้ความต้านทาน ที่เร็ว เย็น และมีประสิทธิภาพจะเป็นความก้าวหน้าครั้งใหญ่ ประสิทธิภาพของชิ้นส่วนขั้นสูงจะกระโดดขึ้นเป็นขั้น ๆ และผู้ให้บริการคลาวด์ไฮเปอร์สเกลจะปรับโครงสร้างพื้นฐานการประมวลผลใหม่ทั้งหมด TSMC และ ASML อาจมีคำสั่งซื้อใหม่เพิ่มขึ้นมหาศาล
      แน่นอนว่าเดิมพันแรกคือการตามสิทธิบัตร นอกเหนือจากนั้น ตัวเลือกของผมคือบริษัทอุตสาหกรรมที่สร้างสิ่งที่ใช้สร้างของ เช่น บริษัทระบบอัตโนมัติในโรงงาน ถัดมาคือ TSMC, ASML และอาจรวมถึงบริษัทอย่าง Apple/AWS ซึ่งความต้องการผลิตภัณฑ์ที่มีเทคโนโลยีตัวนำยิ่งยวดอุณหภูมิห้องจะพุ่งสูง
    • แม้บทความนี้จะถูกต้อง กว่าจะใช้งานจริงก็ยังต้องใช้เวลานาน ความเป็นไปได้ที่กลไกการทำงานถูกค้นพบนั้นน่าตื่นเต้น แต่ดูเหมือนจะหมายความว่าวิธีสังเคราะห์ปัจจุบันยัง พึ่งโชคบางส่วน และคุณภาพก็ไม่ได้สูงนัก
      แน่นอนว่าเมื่อเข้าใจหลักการทำงานแล้ว ผู้คนจำนวนมากจะทุ่มงานวิจัยไปที่กระบวนการที่เชื่อถือได้มากขึ้น แต่ก็ต้องใช้เวลา ไม่แน่ใจว่ามีเส้นทางก้าวหน้าที่ชัดเจนหรือไม่
    • ทั้งหมดขึ้นอยู่กับว่าสามารถขยายสเกลได้ไหม ทนต่อสภาพแวดล้อมได้ไหม ขนส่ง ความหนาแน่นกระแสไฟฟ้า ได้เพียงพอหรือไม่ ฯลฯ
      เช่น ถ้าเป็นวัสดุที่เปราะแตกง่ายมาก ขอบเขตการประยุกต์ใช้ก็จะจำกัด

  • ขอชี้บางประเด็น

    1. นี่เป็นผลการจำลองที่ใช้ ทฤษฎีฟังก์ชันนัลความหนาแน่น เป็นวิธีมาตรฐานในการทำความเข้าใจโครงสร้างอิเล็กทรอนิกส์ของวัสดุ แต่เมื่อมีสหสัมพันธ์ หรือกล่าวคือเมื่อปฏิสัมพันธ์ระหว่างอิเล็กตรอนแรง ก็มักไม่แม่นยำ ในบริบทแบบนี้ คือกรณีที่คาดว่าจำเป็นต้องมีปฏิสัมพันธ์แรงเพื่อสร้างสิ่งอย่างตัวนำยิ่งยวดอุณหภูมิสูง มันใกล้เคียงกับการหา จุดเริ่มต้น เพื่อขยายการจำลอง DFT ให้รวมปฏิสัมพันธ์มากขึ้น
    2. สิ่งที่เห็นตรงนี้คือคุณลักษณะที่เรียกว่า แถบแบน โดยพื้นฐานหมายความว่าพลังงานจลน์ของอิเล็กตรอนที่สำคัญในพลังงานต่ำขึ้นกับโมเมนตัมผลึกของอนุภาคเพียงเล็กน้อย เมื่อมีสถานะต่าง ๆ จำนวนมาก กล่าวคือโมเมนตัมต่างกันจำนวนมาก ที่มีพลังงานใกล้เคียงกัน ปฏิสัมพันธ์มักจะสำคัญกว่าวัสดุที่พลังงานจลน์สูงและกระจายตัวมากกว่า ในที่นี้ดูเหมือนว่าเปลือก d ที่ถูกเติมบางส่วนของอะตอม Cu ทำให้เกิดแถบแบนพลังงานต่ำ แถบแบนนี้ถูกเติมบางส่วน จึงอาจไวต่อความไม่เสถียรที่เหนี่ยวนำโดยปฏิสัมพันธ์
    3. แถบแบนอาจเกิดจากคุณลักษณะเล็กน้อยของผลึกได้เช่นกัน ถ้าอะตอมที่แยกกันอยู่ห่างกันพอจนฟังก์ชันวงโคจรอะตอมแทบไม่ซ้อนทับกัน แถบก็จะแบน อะตอม Cu ดูเหมือนห่างกันพอสมควรประมาณ 7~9Å ดังนั้นอาจมีผลลักษณะนี้บางส่วนทำงานอยู่ด้วย
    4. แถบแบนปรากฏในระบบหลากหลายชนิดมาก ทั้งในระดับ DFT และระดับการทดลอง และไม่ได้หมายถึงความเป็นตัวนำยิ่งยวดเสมอไป ยิ่งไม่จำเป็นต้องหมายถึงตัวนำยิ่งยวดอุณหภูมิสูง แม้แถบแบนจะชี้ไปยังผลของปฏิสัมพันธ์ที่แรงและสำคัญกว่า ผลของปฏิสัมพันธ์นั้นก็อาจทำให้ระเบียบชนิดอื่นเสถียร เช่น สภาพแม่เหล็กหรือระเบียบประจุ
    5. การคาดการณ์ว่าความไม่เสถียรใดจะเกิดขึ้นจริงนั้นยากและอาจละเอียดอ่อนมาก มีวัสดุที่ถกเถียงกันเป็นปี ๆ ทั้งในทางทฤษฎี และบางครั้งในทางทดลองด้วย การคาดการณ์อุณหภูมิเริ่มต้นของระเบียบที่เกิดขึ้นก็ยากเช่นกัน กล่าวคือไม่ควรคาดหวังว่าทฤษฎีจะให้ค่าประมาณอุณหภูมิวิกฤตที่เชื่อถือได้เสมอไป
    • ถูกต้องที่แถบแบนไม่ได้หมายถึงความเป็นตัวนำยิ่งยวด โดยเฉพาะตัวนำยิ่งยวดอุณหภูมิสูง อย่างไรก็ตาม มี ตัวนำยิ่งยวดที่ไม่มีแถบแบน ด้วยหรือ?
      ถ้าไม่มี แม้มันจะไม่ใช่หลักฐานว่าเป็นตัวนำยิ่งยวด แต่ก็เท่ากับว่ามันผ่านคุณสมบัติที่คาดหวังเพิ่มอีกหนึ่งข้อ เมื่อเทียบกับหลักฐานเกี่ยวกับตัวนำยิ่งยวดที่ได้มาจนถึงตอนนี้

  • ในเธรดนี้มีความมองโลกแง่ดีเยอะ แต่ผมสงสัยว่า DFT หรือโมเดลทฤษฎีใด ๆ มี พลังการทำนายจริงในเคมีควอนตัม มากแค่ไหน ผมรู้สึกมาตลอดว่าในสาขานี้ สุดท้ายผลลัพธ์จริงคือสิ่งที่พิสูจน์

    • DFT ราคาถูกกว่าการปลูกตัวอย่างอย่างประณีตและการวัดผลมาก เลยมี บทความ DFT แย่ ๆ เยอะเกินไป ในระบบที่มีสหสัมพันธ์แรง มันขึ้นชื่อว่าไม่น่าเชื่อถือในฐานะเครื่องมือทำนาย แต่เมื่อสหสัมพันธ์อิเล็กตรอนต่ำ มันทำงานได้ดี
      ผมเองก็หวังว่าสิ่งนี้จะเป็นจริง แต่ไม่ได้ให้น้ำหนักมากกับ DFT ที่ไม่คำนวณปริมาณที่สังเกตได้ ดังนั้นพูดถูกแล้ว
    • ตอนเรียนปริญญาโท อาจารย์ที่สอนเคมีเชิงคำนวณบอกว่าผลลัพธ์ที่ตีพิมพ์ 90% เชื่อไม่ได้ และคนส่วนใหญ่ในสาขานี้ไม่ค่อยรู้ว่าตัวเองกำลังทำอะไรอยู่
      แม้ผลลัพธ์จะดูดีภายนอก แต่กับโมเลกุลง่ายมาก ๆ ก็อาจคลาดเคลื่อนจากความจริงอย่างมาก นี่เป็น โครงผลึก ดังนั้นผมมอง DFT และผลการคำนวณอื่น ๆ ด้วยความสงสัยอย่างมาก
    • GGA-DFT ที่ใช้ที่นี่กับการแก้ไขบางอย่างดูค่อนข้างใช้ได้สำหรับระบบนี้ ถ้าจะเชื่อมั่นมากขึ้น ผมอยากเห็นการคำนวณคล้ายกันด้วยวิธีอื่น แล้วดูว่าเหมือนหรือต่างกันแค่ไหน
      LDA-DFT มีโอกาสไม่ค่อยดีเหมือนในกรณีส่วนใหญ่ แต่แม้ LK99 อาจไม่ใช่จุดแข็งของมัน ผมก็อยากเห็นการคำนวณ DFT+GW มาก
    • ที่นี่ไม่ได้ใช้เป็นค่าทำนาย แต่ใช้ตรวจสอบสิ่งที่รู้อยู่แล้วหรือถูกบ่งชี้อย่างแรง มันต่างจากการคิดสารประกอบขึ้นมาจากสัญชาตญาณบางอย่าง แต่เป็นการจำลองสารประกอบที่มีโครงสร้างเป็นที่รู้จัก เพื่อดูว่ามีคุณสมบัติที่สอดคล้องกับความคาดหวังหรือไม่
      ต่างอย่างสิ้นเชิงจากกระบวนการค้นหาสารประกอบที่มีคุณสมบัติเฉพาะ และการค้นหาแบบนั้นเป็นขั้นตอนที่เกิดข้อผิดพลาดได้มากกว่ามาก
    • การอธิบายว่าทำไมจึงเป็นเช่นนั้นมีคุณค่า ช่องว่างแถบ ที่บทความนี้พูดถึงก็พบได้ทั่วไปในตัวนำยิ่งยวดอุณหภูมิสูงอื่น ๆ
      ผมยังคงกังขา แต่ก็ให้ความหวังเล็กน้อย และถ้าวัสดุนี้เป็นตัวนำยิ่งยวดจริง การวิเคราะห์แบบนี้จะมีประโยชน์ในการทำความเข้าใจตัวนำยิ่งยวดอุณหภูมิสูงให้มากขึ้น แม้จะไม่ใช่ตัวนำยิ่งยวด ถ้าการวิเคราะห์ถูกต้อง แค่ได้รู้ว่าอะไรต่างออกไปก็น่าสนใจแล้ว

  • เห็นข้อผิดพลาดทางไวยากรณ์ในบทคัดย่อเยอะแล้วก็น่าขำอยู่บ้าง อาจเป็นเพราะไม่ใช่เจ้าของภาษาอังกฤษ แต่ฟังดูเหมือนหลังจากมาราธอนในห้องแล็บ 20 ชั่วโมงและคาเฟอีนเกินขนาด ในที่สุดก็ได้ผลลัพธ์ แล้วรีบพิมพ์论文อย่างลนลาน :D

    • ดูหน้า Wikipedia แล้ว Sinéad Griffin เป็นนักฟิสิกส์ชาวไอริช จึงดูเหมือนเป็น เจ้าของภาษาอังกฤษ
      https://en.wikipedia.org/wiki/Sin%C3%A9ad_Griffin
    • ไม่ใช่งานร้อยแก้วที่สวยที่สุดเท่าที่เคยอ่านมา แต่ก็ไม่เห็นข้อผิดพลาดชัดเจนอะไรเป็นพิเศษ ไม่ได้อ่านยากกว่าคอมเมนต์ HN ทั่วไป

  • คำอธิบายแบบ “ภาษาอังกฤษง่าย ๆ”: https://nitter.net/Andercot/status/1686215574177841152#m

  • สิ่งหนึ่งที่น่าทึ่งคือ หลังจาก ทรานซิสเตอร์ ถูกพัฒนาขึ้นครั้งแรก ใช้เวลาประมาณ 5 ปีกว่าที่มันจะเริ่มถูกผนวกเข้าไปในสินค้าอุปโภคบริโภค
    LK-99 ดูมีความหวัง และอย่างน้อยก็อาจก่อให้เกิดการค้นพบที่น่าสนใจตามแขนงย่อย ๆ ได้ ถ้านี่คือ “ของจริง” จริง ๆ โดยเฉพาะถ้าการสังเคราะห์ค่อนข้างเรียบง่าย เราอาจได้เห็นการประยุกต์ใช้เชิงพาณิชย์เร็วกว่านั้นมาก ไม่มีไทม์ไลน์ไหนจะน่าตื่นเต้นไปกว่านี้แล้ว

    • แต่ทรานซิสเตอร์แบบ point-contact ตัวแรกนั้น แม้จะเสื่อมสภาพเร็ว แต่ก็ใช้งานได้จริง โจทย์คือการแพ็กเกจมันให้เหมาะสม และทำให้เล็กลงกับเชื่อถือได้มากขึ้น
      วัสดุนี้ ต่อให้สมมติว่าทุกอย่างเป็นความจริง ก็ใกล้เคียงกับแค่สัญญาณแรก ๆ ว่าอาจทำ ไดโอดสารกึ่งตัวนำ ได้หรือไม่ ยังต้องไปให้ถึงขั้นทรานซิสเตอร์ก่อน คือขั้นที่สามารถผลิตตัวนำที่ใช้งานได้ยาวระดับไม่กี่เซนติเมตร แม้จะมีราคาแพงก็ตาม
      หลังจากนั้นจึงค่อยคิดถึงการผลิตจำนวนมากตามความยาวที่ต้องการและการทำเชิงพาณิชย์ ดังนั้นจากมุมมองวัสดุศาสตร์อย่างเคร่งครัด แม้ทุกอย่างจนถึงตอนนี้จะเป็นจริง ก็ยังมีงานต้องทำอีกมหาศาล
      แม้เนื้อวัสดุทั้งก้อนจะไม่ใช่ตัวนำยิ่งยวด แต่ก็มีความเป็นไปได้ไม่น้อยว่าบริเวณเล็ก ๆ อาจเป็นตัวนำยิ่งยวด และจริง ๆ แล้วความเป็นไปได้นั้นสูงกว่าความเป็นไปได้ที่ทั้งก้อนจะเป็นตัวนำยิ่งยวดด้วยซ้ำ และก็ยังมีความเป็นไปได้สูงเช่นกันว่ามันอาจผิดไปเลย
      แต่ถึงอย่างนั้น แค่มีอนุภาคตัวนำยิ่งยวดที่เล็กกว่า 1 มม. ก็เป็นการค้นพบครั้งใหญ่แล้ว