- มีการสังเกตพบ ความต้านทานเป็นศูนย์ที่ 110 K ในตัวอย่างบางส่วนของอะพาไทต์ตะกั่วที่โดปด้วย Cu Pb10-xCux(PO4)6O ทำให้กลายเป็นเป้าหมายเพิ่มเติมสำหรับการตรวจสอบคำกล่าวอ้างเรื่องตัวนำยิ่งยวดที่อุณหภูมิห้องและความดันบรรยากาศ
- การสังเคราะห์ใช้วิธี การเผาซินเตอร์สถานะของแข็ง โดยใช้ Lanarkite Pb2(SO4)O หรือ Pb3O2SO4 กับ Cu3P และจากการเปรียบเทียบ S1~S4 พบว่า อัตราส่วนการผสม ส่งผลต่อผลลัพธ์มากกว่าชนิดของสารตั้งต้น
- จาก XRD ตัวอย่าง S1 แสดงรูปแบบการเลี้ยวเบนคล้ายกับตัวอย่างใน arXiv 2307.12037 ก่อนหน้า และไม่พบ พีค CuS2 ที่ชัดเจน จึงถูกใช้เป็นหลักฐานของการสังเคราะห์วัสดุเป้าหมาย
- แม้ใน S1 เดียวกัน ชิ้นส่วนแต่ละชิ้นให้ผลต่างกันระหว่างความต้านทานเป็นศูนย์ที่ 110 K กับ พฤติกรรมแบบสารกึ่งตัวนำ และที่สูงกว่า 250 K พบการกระโดดของความต้านทานซึ่งยังไม่ทราบสาเหตุแน่ชัด
- แม้ในสนามแม่เหล็ก 0~9 T ความต้านทานเป็นศูนย์ยังคงอยู่ แต่ไม่พบ สัญญาณ Meissner จึงยังคงเป็นไปได้ว่าสัดส่วนปริมาตรตัวนำยิ่งยวดมีน้อย หรือจำเป็นต้องมีการยืนยันเพิ่มเติม
บริบทของการค้นหาตัวนำยิ่งยวดที่อุณหภูมิห้องและความดันบรรยากาศ
- หลังจากมีการสังเกตพบตัวนำยิ่งยวดครั้งแรกในปี 1911 ก็ได้นำไปสู่การใช้งานอย่าง MRI และเครื่องเร่งอนุภาค แต่ข้อจำกัดสำคัญที่ขวางการใช้งานในวงกว้างคือ เงื่อนไขอุณหภูมิต่ำยิ่งยวด
- การค้นหาตัวนำยิ่งยวดอุณหภูมิสูงดำเนินต่อเนื่องมากว่า 100 ปี และกรณีสำคัญในวรรณกรรมมีดังนี้
- ตัวนำยิ่งยวดกลุ่มคอปเปอร์ออกไซด์มี Tc สูงกว่า 150 K
- ตัวนำยิ่งยวดฐานเหล็กมี Tc สูงกว่า 50 K
- มีรายงานว่า SH3 มี Tc ประมาณ 203 K ที่ 155 GPa
- มีรายงานสภาพนำยิ่งยวดของ YH9 และ LaH10 ที่ประมาณ 200 GPa โดยมีค่า 243 K และ 260 K ตามลำดับ
- ในเดือนมีนาคม 2023 Gammon และคณะรายงานหลักฐานของตัวนำยิ่งยวดใน lutetium-hydrogen-nitrogen ภายใต้เงื่อนไขใกล้สภาวะแวดล้อมที่ 1 GPa แต่ยังคงมีข้อถกเถียงด้านความน่าเชื่อถือ
- ยังไม่มีการยืนยันตัวนำยิ่งยวดที่อุณหภูมิห้องและความดันบรรยากาศ และเมื่อไม่นานนี้มีรายงานสภาพนำยิ่งยวดที่อุณหภูมิห้องโดยมี Tc ประมาณ 400 K ใน Pb10-xCux(PO4)6O ทำให้ความจำเป็นในการตรวจสอบแยกต่างหากเพิ่มขึ้น
การสังเคราะห์ตัวอย่าง Pb10-xCux(PO4)6O
- ตัวอย่างพหุผลึก Pb10-xCux(PO4)6O ผลิตด้วยวิธีการเผาซินเตอร์สถานะของแข็ง
- ขั้นตอนแรกคือการสังเคราะห์สารตั้งต้น Lanarkite และ Cu3P
- เพื่อให้ได้ Lanarkite นำผง Pb(SO)4 และผง PbO มาผสมใน อัตราส่วนสโตอิชิโอเมตริก 1:1 แล้วบดเป็นเวลา 1 ชั่วโมง
- แบ่งส่วนผสมใส่ในหลอดควอตซ์สุญญากาศสูงและครูซิเบิลอะลูมินาในอากาศ จากนั้นเพิ่มอุณหภูมิด้วยอัตรา 3 ℃/min จนถึง 725℃ แล้วให้ความร้อน 24 ชั่วโมง
- ส่วนผสมที่เผาซินเตอร์ในอากาศเปลี่ยนเป็นเฟส Pb3O2SO4 ส่วนส่วนผสมในหลอดควอตซ์สุญญากาศสูงเปลี่ยนเป็นเฟส Pb2(SO4)O
- Cu3P ได้จากการผสม Cu และ P ใน อัตราส่วนโมล 3:1 ภายในกล่องถุงมืออาร์กอน แล้วปิดผนึกในหลอดควอตซ์สุญญากาศสูง จากนั้นเพิ่มอุณหภูมิเป็น 550℃ ด้วยอัตรา 3 ℃/min และคงไว้ 48 ชั่วโมง
- มีการเปรียบเทียบเงื่อนไขสี่แบบเพื่อสังเคราะห์วัสดุเป้าหมาย
- S1: 2Pb2(SO4)O + 2Cu3P
- S2: 2Pb3O2SO4 + 2Cu3P
- S3: 4.5Pb2(SO4)O + 6Cu3P
- S4: 4.5Pb3O2SO4 + 6Cu3P
- การผสมและการบดทำในกล่องถุงมืออาร์กอน และส่วนผสมถูกอัดด้วย 6 GPa ให้เป็นบล็อกทรงกระบอกขนาด 8 mm ก่อนปิดผนึกในหลอดควอตซ์สุญญากาศสูง
- เพลเล็ตถูกให้ความร้อนด้วยอัตรา 1.5 ℃/min จนถึง 925℃ คงไว้ 10 ชั่วโมงหรือ 20 ชั่วโมง แล้วทำให้เย็นลงจนได้ผลิตภัณฑ์เป้าหมาย
เหตุผลในการเลือก S1 จาก XRD
- การวิเคราะห์โครงสร้างผลึกใช้ XRD ที่ใช้รังสี Cu-Kα
- ข้อมูล XRD ของสารตั้งต้น Cu3P ตรงกับการ์ด PDF มาตรฐานอย่างสมบูรณ์ จึงประเมินว่าเป็นเฟสบริสุทธิ์ที่ไม่มีสิ่งเจือปน
- ส่วนผสม Pb(SO)4 และ PbO สร้างเฟสต่างกันตามบรรยากาศของการเผาซินเตอร์
- ในการเผาซินเตอร์แบบสุญญากาศ พบ Pb2(SO4)O
- ในการเผาซินเตอร์ในอากาศ พบ Pb3O2SO4
- ตำแหน่งพีค XRD ของ S1 และ S2 เหมือนกัน และ S3 กับ S4 ก็เหมือนกัน จึงแปลว่าสารตั้งต้นเป็น Pb2(SO4)O หรือ Pb3O2SO4 มีผลจำกัดต่อผลิตภัณฑ์เป้าหมาย
- ในทางกลับกัน พีคของ S1 กับ S3 และ S2 กับ S4 แตกต่างกันแทบทั้งหมด ทำให้ อัตราส่วนสารตั้งต้น ปรากฏเป็นตัวแปรสำคัญที่กำหนดผลการสังเคราะห์
- รูปแบบ XRD ของ S1 ตรงกับตัวอย่าง ref. [21] ก่อนหน้า และไม่พบ พีค CuS2 ที่ชัดเจน จึงถูกใช้เป็นหลักฐานของการสังเคราะห์ Pb10-xCux(PO4)6O
สัญญาณที่ขัดแย้งกันในความต้านทานไฟฟ้า
- การวัดสมบัติทางกายภาพทำโดยแบ่งตัวอย่าง S1 ออกเป็นชิ้นเล็กหลายชิ้น
- ตัวอย่างแตกง่าย ทำให้ตัดเป็นรูปทรงสม่ำเสมอได้ยาก และเลือกเฉพาะชิ้นเล็กบางชิ้นเป็นเป้าหมายการวัด
- จากความต้านทานตามอุณหภูมิของชิ้น S1 ที่วัดด้วย วิธี 4-probe มาตรฐาน พบคุณลักษณะความต้านทานเป็นศูนย์ที่ชัดเจนที่ 110 K
- ผลลัพธ์นี้ถูกตีความว่าเป็นสัญญาณที่ชี้ถึง ความเป็นไปได้ของตัวนำยิ่งยวด
- ชิ้นอื่น ๆ ของ S1 เดียวกันแสดง พฤติกรรมสารกึ่งตัวนำ ซึ่งสอดคล้องกับวรรณกรรม [22]
- ที่สูงกว่า 250 K พบการกระโดดของความต้านทานครั้งใหญ่สองครั้ง และกราฟการวัดเมื่อเพิ่มและลดอุณหภูมิตรงกันอย่างสมบูรณ์
- สาเหตุของการกระโดดของความต้านทานยังไม่ชัดเจน และยังมีความเป็นไปได้ว่าเป็นผลจากการสัมผัสของอิเล็กโทรด
การวัดในสนามแม่เหล็กและภารกิจการตรวจสอบที่ยังเหลือ
- มีการวัดความต้านทานตามอุณหภูมิของ S1 ภายใต้สนามแม่เหล็ก 0~9 T
- เมื่อสนามแม่เหล็กเพิ่มขึ้นถึง 5 T ค่า Tc onset ถูกกดลงทีละน้อย แต่ Tc zero ยังคงสูงถึงมากกว่า 110 K
- เมื่อสนามแม่เหล็กเพิ่มเป็น 7 T ขึ้นไป แนวโน้มความต้านทานปรากฏผิดปกติ และมีลักษณะตรงข้ามกับตัวนำยิ่งยวดทั่วไปที่สนามแม่เหล็กภายนอกทำให้อุณหภูมิวิกฤตของตัวนำยิ่งยวดลดลงอย่างเรียบง่าย
- เหตุผลเฉพาะของพฤติกรรมผิดปกตินี้จำเป็นต้องมีการศึกษาเพิ่มเติม
- ความต้านทานเป็นศูนย์ยังคงอยู่ได้อย่างแข็งแรงแม้ภายใต้สนามแม่เหล็ก จึงมีความเป็นไปได้ว่าวัสดุนี้มี สนามแม่เหล็กวิกฤตส่วนบน สูง
- ในการวัดแม่เหล็กเพื่อยืนยันสมบัติตัวนำยิ่งยวดเพิ่มเติม ไม่พบ สัญญาณ Meissner ที่ชัดเจน
- การไม่มีสัญญาณ Meissner บ่งชี้ว่าสัดส่วนปริมาตรตัวนำยิ่งยวดของตัวอย่างอาจมีน้อยมาก
- การผลิตตัวอย่างความบริสุทธิ์สูงยังคงทำได้ยาก และยังไม่ยืนยันว่าส่วนประกอบใดรับผิดชอบต่อความต้านทานเป็นศูนย์หรือสภาพนำยิ่งยวด
- คำถามว่า Tc จะสูงขึ้นถึงอุณหภูมิห้องได้หรือไม่ยังคงเปิดอยู่
1 ความคิดเห็น
ความคิดเห็นบน Hacker News
หากสรุปจนถึงตอนนี้ ความพยายามในการทำซ้ำข้ออ้างว่าได้ ตัวนำยิ่งยวดที่อุณหภูมิห้อง (~300K) นั้น เพราะเอกสารวิธีการผลิตบันทึกไว้แย่มาก จึงมีเพียงบางตัวอย่างที่แสดงคุณสมบัติน่าสนใจ และแม้ในกลุ่มนั้นผลลัพธ์ก็ยังแตกต่างกันอยู่
จนถึงตอนนี้แทบยังไม่มีความพยายามใดที่แสดงคุณสมบัติและพฤติกรรมทั้งหมดอย่างครบถ้วนที่ตัวนำยิ่งยวดจริงที่อุณหภูมิห้องควรมี แต่การทดลองแบบนั้นต้องใช้เวลา ดังนั้นตัวมันเองจึงยังไม่ใช่สัญญาณของปัญหา
ส่วนตัวผมคิดว่ามีความเป็นไปได้สูงว่าจะเป็นอะไรบางอย่างที่น่าสนใจแต่ยังไม่เข้าใจกันดี กรณีดีที่สุดคือตัวอย่างต้นฉบับจากห้องแล็บเกาหลีสังเคราะห์ได้โชคดีพอดีและเป็นตัวนำยิ่งยวดที่อุณหภูมิห้องจริง ส่วนกรณีแย่ที่สุดคือเราได้ตัวนำยิ่งยวดอุณหภูมิสูงอีกกลุ่มหนึ่งที่อุ่นกว่าไนโตรเจนเหลว แต่การใช้งานยังจำกัด
ผมค่อนข้างแปลกใจด้วยซ้ำที่ในเธรดประจำของ LK-99 มีคนที่ตั้งข้อสงสัยต่อผลลัพธ์น้อยมาก
สำหรับงานที่เร่งทำขึ้นในไม่กี่วัน มันทำงานได้ดี แต่ตัวอย่างไม่เป็นเนื้อเดียวกันอย่างมาก ทำให้การวัดและการตีความยากขึ้นมาก จึงต้องปรับปรุงอีกมาก
คุณสมบัติของวัสดุนี้คงยากจะถูกเปิดเผยอย่างครบถ้วนจนกว่าจะมีใครปลูก ผลึกเดี่ยว ได้ และการพัฒนากระบวนการนั้นอาจใช้เวลาตั้งแต่หลายเดือนไปจนถึงหลายปี
แต่ลักษณะเช่นนั้นอาจกลับยิ่งน่าสนใจสำหรับไมโครอิเล็กทรอนิกส์ก็ได้ โดยเฉพาะถ้าความต้านทานในทิศทางตั้งฉากกับทิศทางนำยิ่งยวดสูง ภายใต้สมมติฐานว่าสิ่งนั้นเป็นไปได้
ถ้ามีอะไรอยู่จริง อย่างน้อยก็ดูเหมือนพวกเขาพบวัสดุที่น่าสนใจ และเมื่อรวมกับงานทฤษฎีล่าสุดที่สนับสนุนข้ออ้าง รวมถึงประเด็นถกเถียงว่าวัสดุที่ดูเหมือนเป็นตัวนำยิ่งยวดนี้ก่อตัวได้ยาก ผมจึงมองว่าแม้กระบวนการต้องขัดเกลาอย่างมาก แต่ศักยภาพในการเป็นตัวนำยิ่งยวดที่อุณหภูมิห้องและความดันปกตินั้นถูกอ้างเชิงทดลองและถูกแสดงในเชิงทฤษฎีแล้ว
คำพูดอย่าง “งานหยาบ” หรือ “วิธีการยังไม่ถูกกลั่นกรอง” ถูกใช้ราวกับเป็นหลักฐานหักล้าง แต่จริง ๆ แล้วมันใกล้เคียงกับหลักฐานว่าวิทยาศาสตร์ดำเนินไปได้หลายวิธีและหลายเทคนิค ไม่มีวิธีใดวิธีหนึ่งเพียงอย่างเดียวที่พอ และทุกอย่างล้วนจำเป็น
หากเทียบกัน ตามหน้า Wikipedia นี้(https://en.wikipedia.org/wiki/High-temperature_superconducti...) อุณหภูมิสูงสุดของตัวนำยิ่งยวดที่ความดันปกติในปัจจุบันอยู่ที่ประมาณ 138K(-135°C)
แม้ผมไม่ใช่ผู้เชี่ยวชาญ แต่จากความเข้าใจที่จำกัด หากผลลัพธ์นี้ได้รับการยืนยัน แม้จะยังห่างไกลจากอุณหภูมิห้อง LK-99 ก็จะเป็นการค้นพบที่ค่อนข้างน่าสนใจในสาขาตัวนำยิ่งยวด
เมื่อมีการตรวจสอบยืนยันตัวนำยิ่งยวดชนิดใหม่ มักมีการค้นพบวิธีเพิ่มอุณหภูมิหรือปรับคุณสมบัติอื่นให้เหมาะสม ดังนั้นอย่างน้อยการที่ LK-99 “ไม่ใช่ไม่มีอะไรเลย” ก็เป็นเรื่องเชิงบวก และเมื่อรวมกับงานจำลองล่าสุดแล้ว ค่าประมาณแบบเบย์เซียนคร่าว ๆ ส่วนตัวของผมที่ว่า LK-99 หรือวัสดุต่อยอดที่เกี่ยวข้องจะเป็นก้าวสำคัญไปสู่ตัวนำยิ่งยวดที่อุณหภูมิห้องก็เพิ่มขึ้น
อย่างน้อยก็หมายความว่า LK-99 อยู่ในระดับเดียวกับวัสดุอื่น ๆ และเพราะองค์ประกอบทางเคมีต่างจากวัสดุอื่นในตาราง (เช่น เป็นฐานตะกั่ว) จึงมีความเป็นไปได้สูงว่าจะมีปรากฏการณ์ใหม่ ๆ ให้เรียนรู้ ทำความเข้าใจ และปรับให้เหมาะสมอีกมาก
ถ้าห้องแล็บนี้ได้ผลลัพธ์แบบนี้ภายในไม่กี่สัปดาห์ ห้องแล็บที่มีอุปกรณ์เฉพาะทางมากกว่าและทุ่มเทได้เต็มที่อาจยกระดับเกณฑ์ให้สูงขึ้นด้วยผลลัพธ์ที่ดีกว่าได้
เมื่อดูกราฟอุณหภูมิ-ความต้านทานหลัก ข้อมูลนี้ดูเหมือนไม่ได้สนับสนุนข้อสรุปว่ามันเป็นตัวนำยิ่งยวด
กราฟอุณหภูมิ-ความต้านทานของตัวนำยิ่งยวดที่ผมเคยเห็นจนถึงตอนนี้จะมีการตัดลงค่อนข้างชันที่อุณหภูมิวิกฤต กล่าวคือเป็นเส้นตั้งฉากที่คมชัด แต่ในกรณีนี้ แม้มาตราส่วนลอการิทึมจะทำให้สัญชาตญาณอ่านยาก ก็ยังดูเหมือนเป็นการเปลี่ยนผ่านที่ค่อย ๆ เข้าไปอยู่ในช่วงสัญญาณรบกวน
นอกจากนี้ โดยปกติจะเห็นด้วยว่าอุณหภูมิวิกฤตเปลี่ยนไปตามสนามแม่เหล็กที่ใส่เข้าไป แต่ที่นี่ไม่เห็นการเปลี่ยนแปลงชัดเจนของอุณหภูมิวิกฤตที่ปรากฏ
ผลลัพธ์นี้ให้ความรู้สึกเหมือนไม่ได้ถามว่า “นี่เป็นตัวนำยิ่งยวดหรือไม่?” แต่เป็นการสมมติไว้ก่อนว่าวัสดุต้องเป็นตัวนำยิ่งยวด แล้ววิเคราะห์ข้อมูลทั้งหมดภายใต้สมมติฐานนั้น
เมื่อบริเวณนำยิ่งยวดในตัวอย่างเพิ่มขึ้น อาจเกิดเส้นทางนำยิ่งยวดระหว่างโพรบ และความต้านทานจึงค่อย ๆ ลดลงจนถึงศูนย์
หน้า Wikipedia ของ LK-99 มี ตารางติดตามความพยายามทำซ้ำพร้อมแหล่งอ้างอิง ซึ่งมีประโยชน์มาก: https://en.wikipedia.org/wiki/LK-99
เพียงแต่ไม่ได้ใส่เป็นแหล่งอ้างอิงไว้ อาจเป็นเพราะมองว่า SpaceBattles ยังไม่ใช่แหล่งข้อมูลที่เป็นวิชาการพอ
ช่วงนี้ใน HN เห็นบรรยากาศประมาณว่า “ถ้ามันไม่จริง แล้วห้องแล็บจะประกาศไปทำไม ไม่ได้อะไรไม่ใช่เหรอ” หรือ “ถ้าอ้างว่าทำซ้ำได้แบบเท็จ อาชีพนักวิจัยคงพังแน่” อยู่มาก ผมเองก็อยากเชื่อ แต่ในบรรยากาศที่ร้อนแรงเกินไปแบบนี้ จำเป็นต้องมี ความกังขา อยู่บ้าง
เรื่อง “อาชีพพัง” นั้นขึ้นอยู่กับกรณี ถ้าเป็นตัวเลขปลอมล้วน ๆ หรือวิดีโอปลอมโดยเจตนา แน่นอนว่าร้ายแรงถึงขั้นเสียหายหนัก แต่ตอนนี้ยังไม่ผ่าน peer review และยังถอนกลับได้ ถ้าเป็นตัวอย่างที่ปนเปื้อนก็ถอน ถ้าวิธีการวัดแย่ก็ถอน ความทรงจำว่าเคยออกเปเปอร์ที่ก่อข้อถกเถียงตั้งแต่แรกอาจยังอยู่ แต่ตราบใดที่พิสูจน์ไม่ได้ว่ามีการปลอมแปลง หลายอย่างก็สามารถถูกมองเป็น “ความผิดพลาดโดยสุจริต” ได้
ส่วน “ไม่ได้อะไร” ก็ไม่ถูกเช่นกัน วิทยาศาสตร์ควรเป็นกลางเชิงวัตถุ แต่หน่วยงานจัดสรรทุนวิจัยไม่ได้เป็นแบบนั้น แม้จะไม่ใช่การโยนเหรียญแบบวงการ venture investment เสียทีเดียว แต่หลายครั้งทีมและภูมิหลังที่ “ใช่” ก็สำคัญพอ ๆ กับตัวไอเดียเอง วิธีหนึ่งที่จะได้ภูมิหลังแบบนั้นคือการได้ยืนเคียงบ่าเคียงไหล่กับยักษ์ใหญ่ และวิธีหนึ่งที่จะได้ทีมที่ดีคือการมี visibility สูงเพื่อดึงดูดคนเก่ง
สุดท้าย ถ้าในภายหลังมีคนอื่นพิสูจน์ได้ว่า LK-99 เป็นตัวนำยิ่งยวด ต่อให้งานวิจัยช่วงแรกของพวกเขาไม่สมบูรณ์แบบ ก็ยังมีอะไรให้ได้อยู่มาก
หากทีมสังเคราะห์อะไรบางอย่างได้ และมันดูเหมือน LK-99 แถมไม่ใช่ตัวนำยิ่งยวดแต่มีคุณสมบัติแปลก ๆ นิดหน่อย ก็ต้องเลือกระหว่างทำการทดลองควบคุมเพิ่มเพื่อดูว่าเป็นการปนเปื้อน ความผิดพลาดในกระบวนการ หรือทั้งสองอย่างผสมกัน หรือจะเอาเปเปอร์คลิกเบตที่กำกวมลง ArXiv แล้วหวังว่าผลลัพธ์อื่น ๆ จะออกมาตรงกันในระดับหนึ่ง
ผมไม่ได้กำลังกล่าวหาว่าเปเปอร์นี้หรือเปเปอร์อื่นจงใจให้ผลลัพธ์ที่เท็จหรือชวนให้เข้าใจผิด แต่นักวิทยาศาสตร์ก็เป็นมนุษย์ จึงไล่ตามกระแส กลัวพลาดโอกาส และบางทีก็เห็นสิ่งที่อยากเห็น คำกล่าวอ้างใหญ่ต้องการหลักฐานใหญ่ และตอนนี้ยังไม่มีหลักฐานแบบนั้น แต่ก็ไม่ได้แปลว่าในคำกล่าวอ้างใหญ่นั้นจะไม่มีความจริงบางส่วนอยู่เลย
ในประเด็นที่ได้รับความสนใจสูงขนาดนี้ ถ้าประกาศต่อสาธารณะเพราะความผิดพลาดจากการปลอมปนแล้วต้องถอนกลับ ย่อมเป็นไปไม่ได้ที่จะไม่กระทบต่ออาชีพ คล้ายกับนักชีววิทยาที่อ้างว่าพบหลักฐานสิ่งมีชีวิตนอกโลกแล้วต้องถอนคำกล่าวอ้าง และถ้าเป็นผมคงถึงขั้นคิดจะคว้านท้องเลยทีเดียว
ดูกราฟความต้านทาน-อุณหภูมิแล้วชวนสับสน เพราะมันไม่ได้แสดงว่าเกิด ความต้านทานเป็นศูนย์ ที่ 110K แต่แสดงว่าที่ 110K ความต้านทานลดลงจนแตะ noise floor ของอุปกรณ์
จะเรียกว่าเป็น superconductivity ก็ดูฝืนไป เพราะถ้าเป็นตัวนำยิ่งยวดจริง ๆ มันควรเป็นศูนย์จริง ๆ ในแบบที่ว่า “ใส่กระแสในวงแหวนที่ทำจากวัสดุนี้ แล้วกลับมาดูอีก 1 ปีให้หลังก็ยังเหมือนเดิม”
การสลายตัวแบบเอ็กซ์โปเนนเชียลจะไล่ทันอย่างรวดเร็วแม้ค่าที่ไม่ใช่ศูนย์จะเล็กมากก็ตาม ถึงอย่างนั้น การที่ resistivity ลดลงแบบเอ็กซ์โปเนนเชียลก็น่าสนใจ และผมไม่รู้ว่านี่แปลกหรือมีความหมายแค่ไหน การลดลงประหลาดใกล้ 230K ก็ต้องมีคำอธิบายด้วย
แน่นอนว่าการทดลองฟิสิกส์ทุกอย่างมี noise floor และค่าคลาดเคลื่อนจำกัด อีกทั้งโพรบกับรอยต่อระหว่างโพรบ-ตัวอย่างก็มีความต้านทานที่ไม่เป็นศูนย์อยู่ จึงไม่สามารถวัดความต้านทานเป็นศูนย์ได้อย่างแม่นยำจริง ๆ
แต่ถ้าหลังจากความต้านทานลดลงแล้ว จู่ ๆ มันไปนิ่งอยู่ที่ค่าซึ่งเล็กมากแต่ไม่ใช่ศูนย์เหมือนในกราฟ นั่นคงเป็นเรื่องบังเอิญอย่างมหาศาล การอธิบายสิ่งนั้นอาจต้องใช้ฟิสิกส์แบบใหม่ทั้งหมด และจะเป็นข่าวใหญ่กว่าตัวนำยิ่งยวดที่มีอุณหภูมิวิกฤต 110K ธรรมดา ๆ มาก
คล้ายกับสิ่งที่เกิดขึ้นหลัง Fleischmann & Pons มากเกินไป ห้องแล็บที่พยายามทำซ้ำเห็นคุณสมบัตินั้นบ้าง คุณสมบัตินี้บ้าง แต่สุดท้ายก็ไม่เคยได้ภาพรวมที่ชัดเจน
กรณีนี้บอกว่าเป็นตัวนำยิ่งยวดที่อุณหภูมิห้อง แต่ก็ไม่ได้เป็นตัวนำยิ่งยวดที่อุณหภูมิห้อง และเป็นตัวอย่างที่ยังไม่วัดพบ เอฟเฟกต์ไมส์เนอร์ ที่อุณหภูมิใด ๆ เลย อีกทั้งผู้เขียนก็ยอมรับว่าตัวอย่างบางส่วน (หรือจำนวนมาก) ออกมาเป็นสารกึ่งตัวนำ
นอกจากนี้ยังไม่ได้อธิบายให้เพียงพอว่าวัดความต้านทานอย่างไร รู้ว่าใช้กระแส 1mA แต่ใช้อุปกรณ์อะไรและการจัดวางแบบไหน? การวัดความต้านทานระดับจิ๋วทำได้ยาก จึงต้องการข้อมูลมากกว่านี้
Fleischmann & Pons ไม่มีฐานสนับสนุนทางทฤษฎี และโดยแก่นแล้วคือ “เราวัดอะไรบางอย่างได้ แต่ไม่รู้ว่าเกิดอะไรขึ้น” ส่วน LK-99 ใกล้เคียงกับ “ตามทฤษฎีมีความเป็นไปได้ที่จะเกิดสิ่งที่น่าสนใจ และเราเชื่อว่าได้วัดพบในบางตัวอย่าง แต่ยังทำซ้ำอย่างเสถียรไม่ได้” มากกว่า
อย่างไรก็ตาม คำถามเรื่องอุปกรณ์อย่างน้อยหนึ่งอย่างมีอยู่ในบทความแล้ว คือ Physical Property Measurement System(PPMS) ของ Quantum Design Inc. และดูจากรูปก็ชัดเจนว่าใช้ฟิกซ์เจอร์ทดสอบความต้านทาน DC
https://www.qdusa.com/products/ppms.html
https://www.qdusa.com/products/ppms.html
แต่ก็ยังมีข้อสงสัยอีกมาก เช่น ทำไมจึงแค่แสดงว่าความต้านทานแตะพื้นสัญญาณรบกวน แต่ไม่คำนวณความต้านทานแผ่น เป็นต้น
มหาวิทยาลัยแทบจะกดดันให้เปิดเผยผลลัพธ์ แต่ทำเร็วเกินไปมาก และควรรออีก 10 ปี ทั้งสองเป็นนักวิจัยระดับแนวหน้าที่แท้จริง 100% ก่อนเรื่องนี้ และแม้หลังเกิดสแกนดัล นักวิทยาศาสตร์จำนวนมากก็ยังศึกษาต่อในแนวทางที่เริ่มจากการทดลองดั้งเดิมของ F&P แต่ไม่ประสบความสำเร็จใหญ่
LK-99 ก็อาจทำให้เกิดงานวิจัยเพิ่มขึ้นหลังจากการทำซ้ำล้มเหลวภายในหนึ่งเดือน แต่ดูแล้วน่าจะไม่ได้นำไปสู่จอกศักดิ์สิทธิ์
ผมมองบทความนี้ค่อนข้างระมัดระวัง กราฟ Fig. 3a เขียนว่า $T_c^{zero}$ คือ 110K แต่ความต้านทาน “0” จริง ๆ แล้วเป็นแค่ 1e-5 Ω และต่อให้ตัวอย่างอาจเป็นตัวนำยิ่งยวด อุณหภูมิวิกฤตก็น่าจะต่ำกว่า 110K มากอยู่ดี
เข้าใจว่าการได้ตัวอย่างขนาดใหญ่ทำได้ยาก แต่ป้ายกำกับในกราฟนั้นค่อนข้างทำให้เข้าใจผิด
ในการวัดแบบเคลวิน 4 สาย กระแสที่ใช้วัดคือ 1mA และค่าที่อ่านแรงดันคร่อมวัสดุอยู่ราว 1~10 นาโนโวลต์ ซึ่งเป็นระดับที่แม้แต่โวลต์มิเตอร์อเนกประสงค์ระดับท็อปของโลกก็วัดได้อย่างเฉียดฉิว
ดูเหมือนผู้เขียนจะถือว่าแรงดันตกคร่อมที่ละเลยได้ ประกอบกับการลดลงอย่างฉับพลันและการราบลงของกราฟความต้านทาน-อุณหภูมิ เป็นสัญญาณของภาวะตัวนำยิ่งยวดที่น่าเชื่อถือเพียงพอ หวังว่าทีมต่อ ๆ ไปจะทดสอบอย่างเข้มงวดกว่านี้
การลดลงของความต้านทานก็ไม่เหมือนการเปลี่ยนเฟสแบบทั่วไป และช่วงอุณหภูมิกว้างเกินไป ขั้ววัดแรงดันอาจไม่ได้เชื่อมต่อกับบริเวณของตัวอย่างที่มีกระแสไหลจริง ๆ อย่างดี และในกรณีนี้ แม้ความต้านทานจริงจะเพิ่มขึ้นเมื่อทำให้ตัวอย่างเย็นลง แรงดันที่วัดได้ และดังนั้น “ความต้านทาน” ก็อาจลดลงได้
ถ้าใส่ค่าความต้านทานแบบ 2 จุดคร่อมขั้วกระแสมาด้วยก็คงน่าสนใจ
นี่เป็นสัญญาณแรงดันที่ค่อนข้างเล็ก และอยู่ในระดับใกล้เคียงกับสัญญาณรบกวน RMS ของแอมป์เครื่องมือวัดแบบชอปเปอร์เสถียรมาตรฐานใกล้ DC ที่อุณหภูมิห้อง
ไม่แน่ใจว่ากระแสที่สูงกว่านี้สมเหตุสมผลหรือไม่ และแม้จะทำให้แอมป์ความแม่นยำสูงเย็นลงเพื่อลดค่า noise figure ได้ แต่แบบนั้นก็ต้องใช้การแยกด้วยแสงและแหล่งจ่ายจากแบตเตอรี่ด้วย
https://www.analog.com/media/en/training-seminars/tutorials/...
ผมไม่ค่อยรู้ฟิสิกส์นัก แต่ ตัวนำที่มีความต้านทาน 0 จริง ๆ ให้ความรู้สึกเหมือนละเมิดกฎอุณหพลศาสตร์อะไรทำนองนั้น
ตัวนำยิ่งยวดมีอิมพีแดนซ์เป็น 0 จริง ๆ หรือแค่ต่ำมาก ๆ กันแน่? ในกราฟพวกนี้ พื้นของแกน y ดูเหมือนจะเป็น “0.00001 โอห์ม” อะไรแบบนั้น
เพียงแต่ยังไม่ถูกค้นพบเท่านั้น และภายในแนวคิดที่เราเข้าใจว่าเป็น “ความต้านทาน” มันคือความต้านทาน 0 จริง ๆ
การนำไฟฟ้าเองก็ไม่ใช่งานเช่นกัน มันเป็นแค่การนำไฟฟ้า
อาจมีความต้านทานเล็กมาก ๆ จากจุดสัมผัสและสิ่งเจือปน แต่เช่น ความต้านทานจะไม่เพิ่มขึ้นตามความยาวของสายไฟ
ถ้ายอมรับความแปลกของกลศาสตร์ควอนตัม วิธีที่มันเป็นไปได้ก็ค่อนข้างเรียบง่าย หนึ่งในหลักการพื้นฐานของกลศาสตร์ควอนตัมคือ อย่างน้อยสิ่งส่วนใหญ่ถูกทำให้เป็นควอนตัม และโดยเฉพาะพลังงานของสถานะต่าง ๆ มีอยู่ได้เฉพาะเป็นปริมาณไม่ต่อเนื่องเท่านั้น นี่ก็เป็นเหตุผลที่เกิดวงโคจรของอิเล็กตรอนในอะตอม
อิเล็กตรอนมีได้เฉพาะค่าบางค่าและไม่มีสถานะตรงกลาง ดังนั้นเมื่อเคลื่อนที่ระหว่างวงโคจร มันต้องดูดกลืนหรือปล่อยพลังงานออกมาเท่ากับผลต่างพลังงานนั้นพอดี เรื่องนี้เห็นได้จริงจากสารเรืองแสงอย่างหน้าปัดนาฬิกาเรืองแสง โฟตอนแสงสีแดงมีพลังงานต่ำเกินไปจน “ชาร์จ” ไม่ได้ แต่แสงสีเขียวหรือสีน้ำเงินทำได้ และไม่ว่าจะชาร์จด้วยแสงใด มันก็จะเรืองแสงออกมาเป็นสีเดียวกันเสมอ
ความต้านทานที่อิเล็กตรอนเจอขณะเคลื่อนที่ในตัวนำก็ถูกควอนตัมไว้เช่นกัน ในตัวนำยิ่งยวดจะเกิดสถานการณ์ที่วัสดุไม่สามารถดูดกลืนปริมาณพลังงานที่อิเล็กตรอนสามารถปล่อยออกมาได้ และการมีปฏิสัมพันธ์ต้องอาศัยสิ่งนั้น ผลคือไม่มีปฏิสัมพันธ์ และไม่มีความต้านทาน
เปรียบเทียบได้กับการพยายามซื้อน้ำราคา 1 ดอลลาร์ด้วยธนบัตร 100 ดอลลาร์ ไม่มีใครยอมทอน 99 ดอลลาร์ให้ และคุณก็จ่าย 100 ดอลลาร์เพื่อซื้อน้ำหนึ่งขวดไม่ได้ ดังนั้นแม้จะมีเงินก็ซื้อไม่ได้
ถ้าทำให้เรียบง่ายมาก ๆ นี่คือหลักการที่ทำให้สภาพนำยิ่งยวดและสภาพไหลยิ่งยวดทำงานได้ ทีนี้ปัญหาคือการเตรียมเงื่อนไขที่ทำให้เกิดสภาพนำยิ่งยวดได้ และวิธีหนึ่งคือทำให้วัสดุเย็นจัด โลหะทุกชนิดจะมีสภาพนำยิ่งยวดเมื่ออุณหภูมิเข้าใกล้ 0 มากพอ แต่โดยทั่วไปต้องต่ำกว่าระดับเคลวินหลักหน่วย บางครั้งถึงขั้นเศษส่วนของเคลวิน ดังนั้นเมื่อวัสดุผสมที่แสดงผลนี้ได้ที่อุณหภูมิสูงกว่าออกมาเป็นครั้งแรก จึงเป็นเหตุการณ์ใหญ่ และตั้งแต่นั้นมาก็มีการตามล่าหาวัสดุที่ดีกว่าต่อเนื่องมา
ตัวอย่างที่ใช้ไม่ได้แสดง ปรากฏการณ์ไมส์เนอร์ แต่การที่มันแสดงสภาพนำยิ่งยวดที่ราว 100K ก็น่าสังเกต
“เพื่อยืนยันคุณสมบัติตัวนำยิ่งยวดเพิ่มเติม เราได้ทำการวัดแม่เหล็กกับตัวอย่าง แต่น่าเสียดายที่ไม่พบสัญญาณไมส์เนอร์ที่ชัดเจน ซึ่งบ่งชี้ว่าสัดส่วนปริมาตรของส่วนที่เป็นตัวนำยิ่งยวดในตัวอย่างอาจเล็กมาก การเตรียมตัวอย่างความบริสุทธิ์สูงยังคงเป็นความท้าทาย”
บทความชี้ขาดฉบับแรกควรต้องแสดงการเปลี่ยนผ่านสู่สภาพนำยิ่งยวดทั้งจากค่าความต้านทานไฟฟ้าจำเพาะและสภาพเป็นแม่เหล็ก