โครงสร้างอิเล็กทรอนิกส์ของ LK-99
(arxiv.org)- การคำนวณ DFT สำหรับ Pb9Cu(PO4)6O แสดงให้เห็นว่าวัสดุตัวเลือก LK-99 มีแถบ Cu ที่แบนมากตัดผ่านพลังงานแฟร์มี และเมื่อรวมผลของสหสัมพันธ์อิเล็กตรอนแล้ว มีแนวโน้มสูงที่จะเป็น ฉนวน Mott หรือฉนวนแบบถ่ายโอนประจุในสภาวะที่ยังไม่ถูกโดป
- การคำนวณโครงสร้างผลึกจำลองแนวโน้ม การหดตัวของปริมาตรแลตทิซ แบบเดียวกับการทดลองเมื่อแทนที่ Pb ด้วย Cu ได้ และ Cu ชอบตำแหน่ง Pb ที่อยู่ไกลที่สุดจากอะตอม O เพิ่มเติม
- Cu มีคอนฟิกูเรชันเป็น Cu2+ 3d9 โดยแท้จริง และแถบ Cu d แบบแบนสองแถบใกล้พลังงานแฟร์มีมีความกว้างประมาณ 120 meV ซึ่งแคบมาก
- เนื่องจากแถบแคบและอันตรกิริยา Coulomb เฉพาะที่ขนาดใหญ่ จึงอยู่ในบริเวณสหสัมพันธ์แรงยิ่งยวดที่มี U/W ประมาณ 25 และการจะอธิบายความเป็นโลหะที่พบในการทดลองอาจต้องมี ความไม่เป็นสโตอิชิโอเมทรี เช่น การโดปโฮลหรืออิเล็กตรอนเพิ่มเติม
- ในกรณีที่ถูกโดป ยังไม่อาจตัดความเป็นไปได้ของซูเปอร์คอนดักติงจากแถบแบนหรือกลไกอิเล็กตรอน-โฟนอนที่ถูกเสริมด้วยสหสัมพันธ์ได้ แต่สถานการณ์ที่อธิบายสัญญาณการทดลองด้วยเพียง ไดอะแมกเนติก ที่รุนแรงโดยไม่มีซูเปอร์คอนดักติงนั้นไม่สอดคล้องกับการคำนวณนัก
ข้อกล่าวอ้างเกี่ยวกับ LK-99 และจุดเริ่มต้นของการคำนวณ
- วัสดุ Pb10−xCux(PO4)6O ที่ x≈1 ถูกเรียกว่า LK-99 และ Lee และคณะได้นำเสนอเบาะแสเชิงทดลองว่าอาจเป็นตัวนำยิ่งยวดที่อุณหภูมิห้องภายใต้ความดันบรรยากาศ
- ความต้านทานลดลงอย่างฉับพลัน
- ซัสเซปทิบิลิตีแม่เหล็กเป็นลบและการลอยเหนือแม่เหล็ก
- แรงดันกระโดดอย่างคมมากที่กระแสวิกฤต
- ปรากฏการณ์ที่ความเข้มกระแสวิกฤตหายไปที่ประมาณ 400 K และประมาณ 3000 Oe
- ในสถานการณ์ที่ต้องรอการทดลองเพิ่มเติมเพื่อชี้ขาดว่า Pb9Cu(PO4)6O เป็นตัวนำยิ่งยวดที่อุณหภูมิห้องหรือไม่ การคำนวณนี้วิเคราะห์โครงสร้างผลึกและโครงสร้างอิเล็กทรอนิกส์ด้วย DFT
- การคำนวณใช้ Vasp และศักย์แลกเปลี่ยน-สหสัมพันธ์ GGA-PBESol และเอกสารเสริมประกอบด้วยการผ่อนคลายโครงสร้าง, partial DOS, การฉาย Wannier และการคำนวณแม่เหล็กแบบ DFT+U
โครงสร้างผลึก: การแทนที่ Pb และการหดตัวของแลตทิซ
- สารประกอบตั้งต้น Pb10(PO4)6O มีโครงสร้าง lead apatite ระบบเฮกซะโกนัล และมีความไม่แน่นอนในตำแหน่งของอะตอม O เพิ่มเติมที่ไม่ได้อยู่ในเตตระฮีดรอน PO4
- ในยูนิตเซลล์เดี่ยว ตำแหน่ง O เพิ่มเติมที่เป็นไปได้มีสมมาตรเทียบเท่ากัน และในซูเปอร์เซลล์ 2×2×1 ความแตกต่างพลังงานของการจัดเรียง O หลายแบบอยู่ที่ระดับประมาณ 6 meV ต่อยูนิตเซลล์
- ซึ่งสอดคล้องกับประมาณ 70 K จึงไม่เป็นตัวชี้ขาดที่อุณหภูมิห้อง
- ตำแหน่ง O เพิ่มเติมอาจมีความไร้ระเบียบอยู่มาก
- ใน Pb9Cu(PO4)6O การจัดเรียงที่ Cu อยู่ในตำแหน่ง Pb ที่ไกลที่สุดจาก O เพิ่มเติมมีเสถียรภาพที่สุด
- มีพลังงานต่ำกว่าการจัดเรียง Cu-O แบบอื่นอย่างน้อย 12.1 meV
- สอดคล้องกับภาพตามการอภิปรายบนพื้นฐาน XRD ของ Lee และคณะ ที่ว่า Cu ไม่ได้เข้าครองตำแหน่ง Pb(2) รอบ O เพิ่มเติม แต่เข้าครองตำแหน่ง Pb(1) ที่ไกลกว่า
- ค่าคงที่แลตทิซและปริมาตรที่คำนวณได้ถูกนำไปเปรียบเทียบกับค่าทดลอง
- Pb10(PO4)6O ค่าทดลอง: a=9.865 Å, c=7.431 Å, V=626.28 ų
- Pb10(PO4)6O ค่าคำนวณ: a=9.825 Å, c=7.371 Å, V=616.22 ų
- Pb9Cu(PO4)6O ค่าทดลอง: a=9.843 Å, c=7.428 Å, V=623.24 ų
- Pb9Cu(PO4)6O ค่าคำนวณ: a=9.661 Å, c=7.226 Å, V=584.04 ų
- DFT ยืนยันแนวโน้มเชิงทดลองที่ปริมาตรลดลงเมื่อแทนที่ Pb ด้วย Cu แต่ขนาดการหดตัวในการคำนวณใหญ่กว่าการทดลองอย่างมาก
โครงสร้างอิเล็กทรอนิกส์: แถบ Cu แบบแบนและความเป็นไปได้ของฉนวน
- สารประกอบตั้งต้น Pb10(PO4)6O ปรากฏเป็น ฉนวน ใน DFT โดยมีช่องว่างขนาดใหญ่ประมาณ 2.3 eV ระหว่างสถานะ O-p และสถานะ Pb-p
- เมื่อแทนที่ Pb หนึ่งอะตอมด้วย Cu จะเกิดแถบที่แบนมากสองแถบตัดผ่านพลังงานแฟร์มี
- แถบเหล่านี้มาจาก ออร์บิทัล Cu d เป็นหลัก แต่ไฮบริดไดซ์กับ O อย่างรุนแรง
- แถบแคบสองแถบนี้ถูกเติมด้วยอิเล็กตรอน 3 ตัว ต่อยูนิตเซลล์
- โดยแท้จริง Cu เป็น Cu2+ หรือมีคอนฟิกูเรชันอิเล็กตรอน 3d9
- ระยะ Cu-Cu ในโครงสร้าง lead-apatite ใหญ่ราว 10 Å ทำให้ Cu-Cu hopping มีค่าน้อยมาก
- ความกว้างของแถบนำไฟฟ้าใกล้พลังงานแฟร์มีอยู่ที่ประมาณ 120 meV
- hopping ที่เล็กยังเชื่อมโยงกับข้อสังเกตเชิงทดลองเรื่องสภาวะโลหะคุณภาพต่ำที่มีความต้านทาน 0.02 Ωcm ที่ T≳380 K
- DOS แสดงพีกแคบที่มีลักษณะ Cu-d เป็นหลักที่พลังงานแฟร์มี และมีองค์ประกอบของออกซิเจนผสมอยู่มากเช่นกัน
- DOS ที่ประมาณ -0.4 eV ใต้พลังงานแฟร์มีมาจากแถบที่กระจายตัวมากกว่า โดยมีลักษณะของ O เพิ่มเติมเป็นหลักและมีองค์ประกอบ Cu บางส่วนผสมอยู่
สหสัมพันธ์อิเล็กตรอน: บริเวณสหสัมพันธ์แรงยิ่งยวดและความจำเป็นของการโดป
- องศาอิสระอิเล็กตรอนพลังงานต่ำถูกครอบงำโดยแถบ Cu d แบบแบนสองแถบที่ตัดผ่านพลังงานแฟร์มี
- อันตรกิริยา Cu d-d เฉพาะที่มีขนาดใหญ่กว่าความกว้างแถบมาก และสำหรับคอนฟิกูเรชัน 3d9 ที่คล้ายกับตัวนำยิ่งยวด cuprate สามารถมองได้ว่า U≈3 eV
- เมื่ออิงกับความกว้างแถบ W≈120 meV จะได้ U/W≈25
- เมื่อรวมสหสัมพันธ์อิเล็กตรอน แถบแบนสองแถบอาจแยกออกเป็น Hubbard bands
- ในสภาวะการเติมเต็มเป็นจำนวนเต็ม Pb9Cu(PO4)6O ที่ยังไม่ถูกโดปมีแนวโน้มสูงที่จะเป็น ฉนวน Mott หรือฉนวนแบบถ่ายโอนประจุ
- การจะได้สภาวะโลหะหรือสภาวะแม่เหล็กแบบโพลาไรซ์บางส่วน จำเป็นต้องมี U ที่เล็กลงอีกราวหนึ่งหลัก
- หากในการทดลองสังเกตพบความเป็นโลหะ ก็จำเป็นต้องมีการโดปเล็กน้อย
- ในกรณีนี้ Pb10−xCux(PO4)6O จะอยู่ในหมวดฉนวน Mott ที่ถูกโดปหรือฉนวนแบบถ่ายโอนประจุที่ถูกโดป
- การรีนอร์มัลไลซ์ควอซิพาร์ติเคิลจะเปลี่ยน DFT DOS อย่างมาก และอาจลดความกว้างของแถบ Cu แบบแบนให้แคบลงอีก
- หากขยายยูนิตเซลล์เดี่ยวแบบเป็นคาบ การจัดเรียง Cu จะก่อเป็นแลตทิซสามเหลี่ยมสองมิติ แต่ก็ยังไม่อาจตัดความเป็นไปได้ของการจัดเรียงระยะไกลที่ซับซ้อนกว่า
- การจัดเรียง Cu แบบอื่นก็อาจสร้างแถบที่แบนใกล้เคียงกันหรือแบนกว่าได้ เพราะระยะ Cu-Cu ใหญ่
- ความไร้ระเบียบหรือซูเปอร์เซลล์ที่ใหญ่ขึ้นอาจยิ่งกดการนำไฟฟ้า
- การจัดเรียง Cu แบบไร้ระเบียบไม่เป็นผลดีต่อซูเปอร์คอนดักติงระยะไกล
ความเป็นไปได้ของซูเปอร์คอนดักติงและคำอธิบายแบบไม่ใช่ซูเปอร์คอนดักติง
- การคำนวณเองไม่ได้คำนวณซูเปอร์คอนดักติงโดยตรง แต่อภิปรายกลไกที่เป็นไปได้บนพื้นฐานโครงสร้างอิเล็กทรอนิกส์ที่พบ
- ต่างจาก cuprate, hopping ขนาดเล็กและ frustration ของแลตทิซสามเหลี่ยมกด ความผันผวนสปินแบบแอนติเฟอร์โรแมกเนติก
- ดังนั้นสถานการณ์ที่ความผันผวนสปินทำหน้าที่เป็นกาวจับคู่ที่อุณหภูมิสูงจึงเสียเปรียบอย่างมาก
- ในแถบแบนอาจเกิดเฟอร์โรแมกเนติกได้ และซูเปอร์คอนดักติงก็อาจเกิดในแถบแบนได้เช่นกัน
- ยังไม่ชัดเจนว่าโครงสร้างแถบของ Pb9Cu(PO4)6O ให้การผสมผสานเชิงอุดมคติระหว่างแถบแบนกับแถบกระจายตัวหรือไม่
- อย่างไรก็ตาม แถบ 1, 2 ที่ตัดผ่านพลังงานแฟร์มี และแถบ 3, 4 ที่อยู่ด้านล่าง มีองค์ประกอบที่จำเป็น
- ความเป็นไปได้อีกอย่างหนึ่งคือการผสมผสานที่ซับซ้อนระหว่างสหสัมพันธ์อิเล็กตรอนแรงกับ กลไกอิเล็กตรอน-โฟนอนแบบ BCS
- Lee และคณะอภิปรายสถานการณ์ที่ TC เพิ่มขึ้นผ่านการเพิ่มขึ้นของ DOS ควอซิพาร์ติเคิลในฐานะกลไก Brinkmann-Rice-BCS
- การรีนอร์มัลไลซ์ควอซิพาร์ติเคิลอาจลดอันตรกิริยาการจับคู่ด้วย จึงมีข้อจำกัดต่อสถานการณ์นี้
- การคำนวณแสดงพีก DOS ที่คมมากที่พลังงานแฟร์มี และในฉนวน Mott หรือฉนวนแบบถ่ายโอนประจุที่ถูกโดป พีกนี้อาจแคบลงอีก
- สถานการณ์ซูเปอร์คอนดักติงหนึ่งมิติหรือการอุโมงค์ระหว่างควอนตัมเวลล์เซมิคอนดักเตอร์สองมิติไม่สอดคล้องกับผลคำนวณที่การกระจายตัวในระนาบและนอกระนาบของแถบ Cu d พลังงานต่ำค่อนข้างคล้ายกัน
- มีเพียงแถบ O เพิ่มเติม 3, 4 ใต้พลังงานแฟร์มีเท่านั้นที่มีการกระจายตัวตามทิศ Γ-A มาก จึงพอมีช่องให้มองว่าเป็นหนึ่งมิติ
- การลดฮวบของความต้านทานอาจเกิดจากการจัดระเบียบหรือการเปลี่ยนเฟสเชิงโครงสร้างที่ส่งผลต่อแลตทิซของโดแพนต์ Cu ได้เช่นกัน
- อย่างไรก็ตาม มีหลักฐานจากการคำนวณที่ขัดแย้งกับสถานการณ์ซึ่งสถานะไดอะแมกเนติกโดยไม่มีซูเปอร์คอนดักติงอธิบายซัสเซปทิบิลิตีแม่เหล็กเป็นลบและสัญญาณที่ดูเหมือนเอฟเฟกต์ Meißner
- แถบแคบและคอนฟิกูเรชัน Cu 3d9 ชี้ไปที่ spin-1/2 ที่ถูกสกรีนอ่อน ๆ และคาดว่าจะมีการตอบสนองแบบพาราแมกเนติกที่แรง
- ผู้เขียนประเมินว่าเป็นเรื่องยากที่การตอบสนองวงโคจรแบบไดอะแมกเนติกจะครอบงำพาราแมกเนติกเช่นนี้ได้
สรุปและปริศนาที่ยังเหลือ
- Pb9Cu(PO4)6O อยู่ในบริเวณสหสัมพันธ์แรงยิ่งยวดที่มี U/W ขนาดระดับ O(10) ซึ่งใหญ่กว่าระดับ O(1) ของตัวนำยิ่งยวด cuprate มาก เนื่องจากแถบ Cu ที่แคบมาก
- เนื่องจากอันตรกิริยา Coulomb U ครอบงำพลังงานจลน์และความกว้างแถบ W จึงอาจเป็นไปได้ทั้งซูเปอร์คอนดักติงจากแถบแบนหรือกลไก BCS ที่ถูกเสริมด้วยสหสัมพันธ์
- ไม่คาดว่าจะมีการตอบสนองไดอะแมกเนติกที่รุนแรง
- การที่ Pb10−xCux(PO4)6O ไม่ได้เป็นฉนวน Mott หรือฉนวนแบบถ่ายโอนประจุในการทดลองยังคงเป็นปริศนา
- คำอธิบายที่เป็นไปได้คือการโดปโฮลหรืออิเล็กตรอนจากความไม่เป็นสโตอิชิโอเมทรีที่แยกจาก x
- เนื่องจากทั้ง Pb และ Cu ต่างเป็น 2+ การเปลี่ยน x เพียงอย่างเดียวจึงไม่เปลี่ยนสถานะออกซิเดชันของ Cu2+
- ดังนั้น Pb10−xCux(PO4)6O จึงถูกมองว่าจะคงความเป็นฉนวนในทุกค่า x
- การขาดหรือเกินของ O หรือ P หรือกรณีที่ O หรือ P ถูกแทนที่ด้วย S ระหว่างกระบวนการสังเคราะห์ อาจเป็นแหล่งโดปโดยบังเอิญได้
- หากควบคุมความดันย่อยของ O ระหว่างการสังเคราะห์ หรือเติมสารรีดิวซ์/ออกซิไดซ์ปริมาณเล็กน้อย ก็อาจเหนี่ยวนำการโดปได้อย่างตั้งใจ
- งาน DFT อีกสามชิ้นที่ปรากฏใน arXiv อย่างเป็นอิสระไม่ได้สรุปว่า Pb9Cu1(PO4)6O เป็นฉนวน แต่การคำนวณเชิงทฤษฎีและการทดลองในภายหลังยืนยันสถานะฉนวน Mott หรือฉนวนแบบถ่ายโอนประจุของ Pb9Cu1(PO4)6O
- นอกเหนือจากการตีความว่าการกระโดดของค่าการนำไฟฟ้าของ LK-99 มาจากการนำไฟฟ้าเนื่องจากการโดปโดยไม่ตั้งใจ ยังมีคำอธิบายทางเลือกว่า Cu2S ที่เหลืออยู่ในตัวอย่างอาจเป็นสาเหตุได้
1 ความคิดเห็น
ความคิดเห็นจาก Hacker News
ผมเคยวิจัยโครงสร้างแถบพลังงานของตัวนำยิ่งยวดอุณหภูมิสูงในช่วงปริญญาเอก และอันตรกิริยา Cu d-d ที่อยู่ใกล้กับพลังงานเฟอร์มีมาก ๆ ทำให้คาดหวังได้มาก
ให้ความรู้สึกคุ้นเคยมากกับตัวนำยิ่งยวดชนิดอื่น ๆ โดยเฉพาะตระกูล cuprate พอเห็นว่าหลายแล็บคำนวณโครงสร้างแถบพลังงานออกมาคล้ายกัน ก็ทำให้มองโลกในแง่ดีขึ้นมากว่า LK-99 อาจเป็นตัวนำยิ่งยวดจริง และวิดีโอที่เห็นการลอยบางส่วนเมื่อใช้แม่เหล็กในหลายทิศทางก็ช่วยเพิ่มความคาดหวังด้วย
ในสารกึ่งตัวนำ การที่ระดับพลังงานเสื่อมซ้อนกันไม่ได้ทำให้เกิดคู่อิเล็กตรอน ดังนั้นกลไกที่เสนอไว้ตรงนี้ยังไม่ค่อยเข้าใจนัก
https://news.ycombinator.com/item?id=36967333
“การค้นพบ” ของคนคนนี้ในช่วง 10 ปีที่ผ่านมา มีทั้งความเป็นไปได้แบบมีเงื่อนไขของการขับเคลื่อนยานอวกาศเร็วกว่าแสง, การขับเคลื่อนด้วยคลื่นความโน้มถ่วงความถี่สูงที่ถูกเหนี่ยวนำ, ตัวนำยิ่งยวดอุณหภูมิห้องที่เหนี่ยวนำด้วยเพียโซอิเล็กทริก, อากาศยานที่ใช้อุปกรณ์ลดมวลเฉื่อย, และการมีอยู่ของ Superforce ที่อาจเป็นแรงพื้นฐานแห่งการรวมเป็นหนึ่ง
https://scholar.google.com/scholar?hl=en&as_sdt=7%2C39&q=Sal...
กำลังรอให้ชุดไอรอนแมนต้านแรงโน้มถ่วงราคาถูกแบบ FTL มาถึงปีหน้าอยู่
ความประทับใจสุดท้ายต่อ LK-99 คือ แม้มันจะไม่ใช่วัสดุจอกศักดิ์สิทธิ์ แต่ไอเดียวัสดุใหม่ที่อยู่เบื้องหลังมันก็น่าสนใจอย่างมหาศาล
แนวคิดที่ทำให้โครงผลึกหดตัวลงเพียงเล็กน้อย ราว 0.5% ด้วยการแทรกซึมของ cuprate นั้นน่าสนใจจริง ๆ ที่ผ่านมา การหดตัวแบบนั้นทำได้ด้วยความดันมหาศาลหรืออุณหภูมิต่ำมากเท่านั้น กล่าวคือเป็นวิธีทางฟิสิกส์ ดังนั้นอย่างน้อย LK-99 ก็อาจเป็นจุดที่นักฟิสิกส์ยอมรับความล้มเหลว แล้วส่งต่อให้นักเคมีลองทำต่อ แน่นอนว่าวงการวิทยาศาสตร์ไม่ได้แบ่งแยกกันชัดขนาดนั้น และนี่เป็นการพูดให้เรียบง่ายไปหน่อย
“99” ใน LK-99 เข้าใจว่าหมายถึงปีที่สังเคราะห์สารนี้ได้เป็นครั้งแรก นั่นคือ ปี 1999
ถ้าทั้งหมดนี้เป็นความจริง ก็สงสัยว่าทำไมถึงเพิ่งปรากฏออกมาตอนนี้ พวกเขาไม่รู้หรือว่าตัวเองมีอะไรอยู่ในมือ?
หลังจากนั้นมีการปรับปรุงจนยื่นสิทธิบัตร 2 ฉบับในช่วงปี 2022–2023 และเมื่อประมาณ 10 วันก่อน Kwon หนึ่งในผู้ร่วมวิจัยกังวลเรื่องการรั่วไหลหรือความเป็นไปได้ที่คนอื่นจะประกาศก่อน จึงนำบทความที่มีรายละเอียดขึ้นเผยแพร่ก่อน ในขณะเดียวกันก็มีเรื่องเล่าว่าเขาใส่ชื่อผู้เขียนแค่ตัวเองกับ Lee/Kim และตัดคนอื่นออก โดยให้เหตุผลว่ารางวัลโนเบลแบ่งกันได้ไม่เกิน 3 คน 2.5 ชั่วโมงต่อมา ฝั่ง LK ก็อัปโหลดบทความอีกฉบับ โดยใส่ชื่อผู้เขียนอีก 5 คนที่ไม่รวมเขา
ดังนั้นโครงสร้างที่ active อาจมีอยู่เพียงปริมาณน้อยมาก และอาจต้องอาศัยการลองผิดลองถูกเพื่อปรับให้เหมาะสมเป็นเวลานาน แม้จะยังห่างไกลจากการพิสูจน์ แต่ก็น่าสนใจมากที่มีทฤษฎีซึ่งอธิบายได้ไม่ใช่แค่กลไกของ superconductivity แต่ยังอธิบายว่าทำไมตัวอย่างจึงค้างอยู่ตรงขอบของ superconductivity อย่างน่าหงุดหงิดเช่นนั้นด้วย
ความเห็นตอบกลับในโพสต์ก่อนหน้า (https://news.ycombinator.com/item?id=36958419) บอกว่าเพราะทองแดงไม่พอดีกับ lattice นั้น จึงเกิด flat band ขึ้นอย่างง่าย ๆ แต่ดูเหมือนจะไม่สอดคล้องกับข้อเท็จจริงที่ว่าเมื่อทองแดงไปแทนที่ในตำแหน่ง lattice ที่ผิด จะไม่สังเกตเห็น flat band หากอิเล็กตรอนเดี่ยวของทองแดงเพียงอย่างเดียวทำให้เกิด flat band ได้ ก็ควรจะเห็นแม้แทนที่เฉพาะตำแหน่ง Pb {2} แต่กลับไม่เป็นเช่นนั้น การปรากฏของ band structure นี้ร่วมกับการสังเกต diamagnetism ทำให้เรื่องนี้ขยับจากความบังเอิญไปเป็นความประจวบเหมาะไปอีกขั้น และต้องมีอีกอย่างหนึ่งเพื่อยืนยันให้แน่ชัด
อนึ่ง ผมไม่ใช่นักฟิสิกส์สสารควบแน่น แต่เคยเรียนวิชาระดับบัณฑิตศึกษาเมื่อไม่กี่ปีก่อน จริง ๆ ควรไปทำอย่างอื่นอยู่ แต่ดูเหมือนว่านี่จะเป็นวัฏจักรข่าววิทยาศาสตร์ที่สนุกที่สุดนับตั้งแต่ ‘Oumuamua เป็นอย่างน้อย ไม่นับ COVID ว่าเป็น “ความสนุก”
ดูเหมือนว่านักวิจัยเองก็ไม่รู้ว่ามันคืออะไร และยังไม่สามารถกำหนดขั้นตอนที่ทำให้คุณสมบัติ superconducting ออกมาได้อย่างสม่ำเสมอ การหา resource ที่จำเป็นเพื่อสืบเรื่องนี้มาถึงจุดนี้ใช้เวลานาน และนักวิทยาศาสตร์เองก็มีชีวิตและเส้นทางอาชีพของแต่ละคน จึงดูเหมือนว่าเพิ่งได้กลับมาทำงานวิจัยเฉพาะเรื่องนี้เมื่อไม่นานมานี้
กล่าวคือพวกเขาใช้เวลาหลายสิบปีในการเผาตัวอย่าง ทดสอบ และปรับปรุงตามไอเดียที่มีอยู่ วิทยาศาสตร์และการหาทุนวิจัยต้องใช้เวลา อย่างไรก็ดี ไม่รู้ว่าเริ่มจากไอเดียอะไร และทำไมถึงยึดมันไว้ถึง 20 ปี ถ้าไม่มีผลลัพธ์หรือเบาะแสเลยก็นานเกินไป อาจเป็นไปได้ว่าในปี 1999 มีตัวอย่างแปลก ๆ เกิดขึ้นจากกระบวนการอื่น แล้วหลังจากนั้นพวกเขาก็โน้มน้าวผู้ดูแลทุนวิจัยและทำการทดลองซ้ำ ๆ จนมาถึงจุดนี้
แต่หัวหน้าห้องแล็บมองต่างออกไป และว่ากันว่าขณะกำลังจะเสียชีวิต เขาขอให้อดีตลูกศิษย์กลับมาตรวจสอบอีกครั้ง พวกเขาได้ทุนวิจัยในปี 2018 แต่เส้นทางดูจะไม่ราบรื่นนักเพราะความขัดแย้งด้านบุคลิกภาพและเรื่องอื่น ๆ
“Electronic structure of the putative room-temperature superconductor [ Pb_9 Cu( PO_4)_6 O ]” (2023) https://arxiv.org/abs/2308.00676 :
ใจความของบทความคือ ในการคำนวณ DFT ค่าคงที่ lattice และการหดตัวของปริมาตรตาม x ใกล้เคียงกับการทดลองมาก และ Cu2+ แสดง band ของ Cu ที่แบนมาก 2 แถบซึ่งตัดผ่าน Fermi energy ในการจัดเรียงแบบ 3d9 สิ่งนี้ชี้ว่า Pb9Cu(PO4)6O อยู่ในขอบเขต strongly correlated และหากไม่มีการโดป อาจเป็น Mott insulator หรือ charge-transfer insulator เมื่อถูกโดป มันอาจรองรับ flat-band superconductivity หรือกลไก electron-phonon ที่เสริมแรงด้วย correlation ได้ และมองว่าการตีความว่าเป็น diamagnetic material ที่ไม่มี superconductivity นั้นไม่ค่อยเข้ากับผลลัพธ์นี้
Superconductivity: https://en.wikipedia.org/wiki/Superconductivity
การจำแนกประเภท superconductor: https://en.wikipedia.org/wiki/Superconductor_classification
Room-temperature superconductor: https://en.wikipedia.org/wiki/Room-temperature_superconducto...
Diamagnetism: https://en.wikipedia.org/wiki/Diamagnetism
หนึ่งในจุดที่น่าหงุดหงิดที่สุดของบทความเหล่านี้คือ VASP เป็นซอฟต์แวร์ proprietary และต้องมีไลเซนส์จึงจะใช้ได้
มันแจกจ่ายเป็น tarball ของไฟล์ FORTRAN90 ดังนั้นในแง่หนึ่ง นักวิจัยทุกคนที่ใช้งานก็เข้าถึง source code ได้ กลุ่มวิจัยที่ผมอยู่เคยดูแลชุดแพตช์ source code เพื่อเพิ่มฟีเจอร์ค้นหา transition state ที่มีประโยชน์สำหรับการจำลองปฏิกิริยาในของแข็ง
มีทางเลือกแบบ open source อยู่เหมือนกัน แต่ยังไม่ได้รับการยอมรับอย่างกว้างขวาง และจากประสบการณ์ของผม ความเร็วก็ยังไม่เท่า VASP ตัวอย่างหนึ่งคือ GPAW[1] น่าเสียดายที่มันไม่ใช่ open source แต่ในชุมชนนักวิทยาศาสตร์ขนาดใหญ่ที่มีสิทธิ์เข้าถึง source code ก็เปิดให้เห็น เข้าใจกันดี และเป็นที่ยอมรับ มันแทบจะเป็นมาตรฐานโดยพฤตินัยสำหรับเปรียบเทียบโปรแกรม DFT ของของแข็งตัวอื่น ๆ
[1] https://wiki.fysik.dtu.dk/gpaw
หากสนใจหัวข้อนี้ มีเธรด Twitter ที่ได้รับความสนใจพอสมควร: https://nitter.net/Errorreporrt/status/1685835688216821760
เหตุผลที่เขาไม่ทำตามเปเปอร์คือ “เพราะคิดค้นวิธีผลิตตัวนำยิ่งยวดที่ดีกว่าในอุณหภูมิห้องได้ทันที” และทั้งที่บอกว่า “ไม่สนใจตัวนำยิ่งยวด” แต่ก็ยังทวีตโฆษณาชวนเชื่อของ USSR ต่อไป ไม่เข้าใจว่าทำไมในเธรด HN แบบนี้ถึงยังถูกแนะนำซ้ำ ๆ ว่าเป็นแหล่งข้อมูลที่น่าสนใจ
หลายคนในนี้พูดถึง วิดีโอสาธิต เลยสงสัยว่ามีลิงก์ไหม
ตอนนี้ยังมีอันนี้[1] ที่ขึ้นหน้าแรกอยู่ด้วย แต่แหล่งที่มาน่าสงสัย
[0]https://forums.spacebattles.com/threads/claims-of-room-tempe...
[1]https://news.ycombinator.com/item?id=36964107
DFT อีกแล้วเหรอ? ไม่ใช่ว่าสรุปกันแล้วหรือว่ามีพลังทำนายแทบไม่มี?
ต่างกันมากกับที่กลุ่มเทคโนออปติมิสต์ใน Twitter บอกว่านี่คือหลักฐานของยุคทองพันปีข้างหน้า
แม้ทฤษฎีจะเป็นการประมาณ แต่ถ้าการประมาณดีพอ ทฤษฎีเชิงประมาณก็มีประโยชน์มากได้
ในทางทฤษฎี เห็นพ้องกันไหมว่า LK-99 จะเข้าสู่สภาพนำยิ่งยวด?
จากประสบการณ์ที่ได้เห็นนักทฤษฎีและนักวิจัยด้านซิมูเลชัน ตรงนี้ผมกังวลเล็กน้อยเรื่อง anchoring bias และความเร็วที่เปเปอร์ซิมูเลชันถูกปล่อยออกมา แน่นอนว่าไม่รู้ว่าพวกเขาทำตามขั้นตอนวิจัยแบบไหนกันแน่
อุณหภูมิวิกฤตขึ้นอยู่กับปัจจัยอย่างปฏิสัมพันธ์อิเล็กตรอน-อิเล็กตรอน ซึ่งการจำลองแบบนี้สำรวจไม่ได้ ตามที่ผมเข้าใจ flat band ที่ระดับแฟร์มีไม่ได้หายากขนาดนั้น และพบได้ในวัสดุอื่นที่ไม่ใช่ตัวนำยิ่งยวด ไม่ว่าจะที่อุณหภูมิห้องหรือไม่ก็ตาม สรุปน่าจะใกล้กับ “อาจไม่ได้ไร้สาระโดยสิ้นเชิง” มากกว่า “ทำนายว่าวัสดุนี้มีคุณสมบัติน่าทึ่ง”
https://arxiv.org/abs/2307.16892
ซึ่งไม่เกี่ยวกับว่าวัสดุเหล่านั้นเข้าสู่สภาพนำยิ่งยวดจริงหรือไม่ พูดอีกอย่างคือเป็น คำอธิบายย้อนหลัง
เชื่อได้ยาก ตอนนี้มีโอกาสสูงมากที่จะเป็นแค่ ทฤษฎีล้วน ๆ และดูเหมือนว่ายังอีกนานกว่าจะนำไปใช้งานจริง