Надпровідник: найбільше відкриття століття чи фейк? Що відомо про нову диво-технологію

Нещодавно в соціальних мережах по всьому світу заговорили про новий надпровідник LK-99, який працює не тільки за кімнатної температури (21-25°C), а й за атмосферного тиску. Якщо це правда, то відкриття стане одним із найбільших у фізиці конденсованих середовищ і може призвести до всіляких технологічних див, як-от транспортні засоби, які зможуть левітувати, і суперефективні електричні мережі. Проте наукові статті, розміщені на сервері препринтів arXiv Сукбе Лі та Джі-Хуном Кімом із Південнокорейського дослідницького центру квантової енергії та їхніми колегами 22 липня цього року, не містять необхідних подробиць, із яких можна було б зрозуміти, як на практиці функціонує нова розробка. Це й викликало в багатьох учених скептицизм, а самі дослідники не відповіли на запит про коментарі, пише видання Science.

Що таке надпровідник

Надпровідник — це матеріал, який може передавати електричний струм без будь-якого опору. Якщо вам коли-небудь робили МРТ, то ви перебували під впливом великого електромагніту, створеного з надпровідного матеріалу. Цінність надпровідників у тому, що струм, який проходить без опору, створить дуже сильне магнітне поле, водночас сам надпровідник не нагріватиметься (отже, його не потрібно буде остуджувати) й не споживатиме багато енергії (отже, буде дешевим в експлуатації). Надпровідники мають безліч інших застосувань, від створення частотних фільтрів для радіозв'язку та вдосконалення енергетичної зброї до прискорення частинок у прискорювачах заряджених частинок.

Як виникає надпровідність

Зазвичай електрони не можуть легко проходити через тверде кристалічне тіло, тому що вони відскакують від атомів кристалічної решітки, що коливаються. Однак у деяких матеріалах за досить низьких температур електрони утворюють слабко зв'язані пари, що перекриваються, які неможливо відхилити, не розірвавши пару. А за низьких температур вібрації недостатньо сильні для цього. Так ці електрони безперешкодно "ковзають" по матеріалу.

Які надпровідники існують сьогодні

Десятки простих металів — свинець, ртуть, ніобій, олово та їхні сплави — стають надпровідниками після охолодження майже до абсолютного нуля. У 1950-х роках фізики пояснили, як у цих звичайних надпровідниках коливання решітки утворюють своєрідний "клей", який створює електронні пари. У 1980-х роках експериментатори створили складні сполуки, що містили шари міді й кисню, які працювали як надпровідники за температур до 133 К (-140°C).

Двадцять років потому дослідники виявили, що сполуки, які містять шари заліза та миш'яку, можуть надпроводити за таких самих температур. Учені вважають, що ці так звані високотемпературні надпровідники також засновані на спарюванні електронів, але створюються за іншим механізмом. Відомо, що одна група вчених заявила про досягнення надпровідності при кімнатній температурі — хоча й за високого тиску — для сполук, що містять водень, сірку та вуглець.

Надпровідник із Південної Кореї — реальність чи фейк

У препринтах, які не були рецензовані, дослідники з Південної Кореї стверджують, що під час витримки або "легування" міддю матеріал (LK-99), який складається зі звичайних елементів, як-от свинець, кисень і фосфор, стає надпровідником за атмосферного тиску й температур, що не нижчі за 400 К (126°C, що вище за температуру кипіння води). По суті, вони стверджують, що ледь не будь-який вчений у своїй лабораторії може "спекти" зразок цього матеріалу, вийняти його з духовки та потім за його допомогою проводити електрику без будь-якого опору. Вони представляють дані, які показують не тільки нульовий опір, а й те, що матеріал випромінює магнітне поле, — ключову ознаку надпровідності.

Дослідники пишуть, що в їхньому матеріалі легування злегка спотворює довгі природні ланцюжки атомів свинцю та що вздовж цих одновимірних каналів може виникнути надпровідність. Але це викликає сумніви в Майкла Нормана, теоретика з Аргоннської національної лабораторії. Він запевняє в тому, що одновимірні системи зазвичай не створюють надпровідності. Ба більше, хаос, що вноситься легуванням, повинен, по ідеї, ще більше пригнічувати надпровідність. Однак Надя Мейсон, фахівчиня з фізики конденсованих середовищ з Іллінойського університету в Урбана-Шампейні, вказує на те, що автори дослідження також припускають, що в ланцюгах може існувати своєрідний хвилеподібний заряд і що такі структури заряду спостерігалися у високотемпературних надпровідниках.

Які причини скептицизму інших учених

На думку Нормана, нелегований матеріал, апатит свинцю, не є металом, а скоріше непровідним мінералом. І це безперспективна відправна точка для створення надпровідника. Ба більше, атоми свинцю та міді мають схожу електронну структуру, тому заміна деяких атомів свинцю на атоми міді не повинна сильно вплинути на електричні властивості матеріалу. Також атоми свинцю дуже важкі, що має пригнічувати вібрації та ускладнювати спарювання електронів, пояснює Норман.

Чи можливо відтворити надпровідник LK-99

Велике питання в тому, чи зможе хто-небудь відтворити "диво-матеріал", ідеться в статті. Це має бути не надто складно, каже Норман, оскільки, наприклад, апатит свинцю — добре відомий матеріал. Однак зробити це не так просто, як це уявляють деякі користувачі в соціальних мережах, вважає він.

"Широка публіка схвильована тим, наскільки "простим" є 4-денний, багатоетапний, малосерійний твердотільний синтез LK-99, який можна потовкти в ступці. Але чи не з'являться у вас на пальцях пухирі?" — жартує Дженніфер Фоулі, фізик із Національної лабораторії SLAC, що спеціалізується на конденсованих речовинах.

Проте фізики дуже швидко перевірять, чи можна ось так запросто відтворити надпровідник. "Якщо це правда, ми дізнаємося протягом тижня, — запевнив Норман і додав: — Робота корейських учених перебуває на рівні фізиків-аматорів. Вони мало що знають про надпровідність, і те, як вони представили деякі дані, здається підозрілим".

За його словами, дослідники в Аргонні та в інших НДІ вже намагаються повторити експеримент.

"Я ціную те, що автори ясно виклали свої методи виготовлення матеріалу", — коментує Надя Мейсон. Проте, попереджає вона, деякі дані подано досить "недбало".

Раніше ми писали про те, що вчені з Південної Кореї оголосили про створення надпровідника, що левітує.