Re: [問卦] 第三天了，常溫超導有下文了嗎？

看板Gossiping作者qa1122z (19號)時間9月前 (2023/07/29 19:24)推噓-2(6推 8噓 20→)

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先說在前，窩文組一個號稱可以得諾貝爾獎的突破性的實驗跟畫時代的超導體材料現在只是要其他實驗室復驗其結果成果條件都已知欸簡單來說就是照表操課對吧結果時間到還要再等？笑死還說很簡單的實驗？再騙啊幹 ※ 引述《Eriri (英梨梨)》之銘言： : 小弟也算是做過超導材料方面的研究 : 雖然是做理論的平常只看過發在期刊上經過嚴格處理過漂亮的實驗圖表數據 : 沒看過發表以前的那些原始實驗數據 : 只是難得看到這次那麼多人關心超導這幾天稍微掃了下文章 : 周末有空就在板上說些個人想法順便給點科普 : ............................................................................. : 首先先簡單介紹超導體 : 超導體並不是電阻極小的導體而是根本和導體在物理上就有本質性的不同 : 為什麼一般物質無論導體或絕緣體都一定有電阻? : 因為一般物質基本可以想成是一大堆電子各自獨立運動的集合 : 個別粒子運動時總是會被各種粒子或雜質所散射於是無可避免地會有電阻 : 但這種單粒子組合在一起的圖像卻不適用超導體 : 超導體是種宏觀的量子相干態(Macroscopic Quantum Coherent State) : 沒有真正確定的粒子數因為單粒子圖像根本並不適用於超導體 : 這聽起來很玄妙...但這就是量子世界的本質 : 舉個更有名例子大家或許聽過一個電子要是處於量子態中那麼它的位置就不是確定的 : 對於量子相干態而言它實際上就處於一種不同粒子數形成的疊加態中 : 可以想像成在超導體電子因為某些原因 : 像是"融化"一般失去了獨立的粒子意義形成一個整體 : 於是整個超導體的電流流動也是一整體的 : 所以不會被微小的散射所影響這就是為什麼超導體沒有電阻的原因 : 接下來說下超導體的歷史以及它們在物理上的意義 : 超導體是1911年在量子力學被確立前就發現的 : 第一個被接受的理論解釋要等到將近五十年以後的BCS理論 : BCS理論有幾個重要的元素: : 1. 就是我之前提到的超導體是宏觀的量子相干態 : 宏觀量子相干態在波色子中很常見 : 由於玻色子的統計性質波色子在溫度夠低時會產生凝聚(Condensation) : 在這種凝聚下單粒子圖像就此消失形成了宏觀的量子相干態 : 事實上雷射也屬於光子形成的宏觀量子相干態 : 2. 但電子是費米子而費米子無法單獨產生凝聚那麼是甚麼導致超導體中的凝聚現象? : BCS理論中認為超導體裡產生凝聚的是所謂的庫柏對(Cooper Pair) : 而庫柏對是由兩個反方向運動的電子配對而成和費米子不同於是這些庫柏對能產生凝聚 : 3. 那麼是甚麼導致兩個電子能產生庫柏對呢? : 畢竟電子之間是斥力原則上似乎不應該產生配對(實際上更微妙些但這裡不多做討論) : BCS理論給的答案是由於電子和晶格之間作用力導致兩個反方向的電子能形成庫柏對 : 有個簡單的古典圖像: 當第一個電子經過一個晶格由於電子和晶格的作用力擾動了晶格 : 這個晶格影響了另一個反方向經過的電子等效地產生了兩個電子間的吸引力 : 最終形成了庫柏對 : 我想再提 1:超導體是量子宏觀相干態和 2:古柏對產生凝聚而形成的宏觀量子相干態 : 這兩個基本上是理解超導現象的核心概念不只是BCS理論而已 : 想要繞過1和2去構造超導理論不太現實或不太符合其他實驗 : 大多數理論都是關注於如何產生古柏對 : 總之 BCS理論非常漂亮地解釋許多超導現象甚至不只是如此 : BCS理論直接啟發了後來自發對稱破缺和希格斯機制的概念後者是現代高能理論的核心 : 但是依然有很多超導體是無法用BCS理論解釋的 : 其中最有名的大概是銅氧體系超導一般大家印象中的高溫超導常常就是銅氧超導 : 銅氧體系超導當初是個超乎意料的發現因為這個體系的超導 : 是將本來是絕緣體的材料做電子或電洞的參雜最終形成超導 : 你可以想像: 本來應該是絕緣體的材料為何突然間就形成超導? : 這背後的物理至今依然沒有共識但帶出來很多豐富的研究和想法篇幅有限就不多細講 : 但我想說的是很多人以為沒有理論能解釋高溫超導這句話不算很精確 : 因為如果單獨只有超導部分的話....理論其實還不算少 : 高溫超導真正複雜的地方是包含超導在內的整張相圖(如下圖) 而不單只有超導本身 : https://imgur.com/a/kqmjFqr : 沒有理論能讓所有人都滿意地解釋整張相圖的現象也沒有太多實驗手段能輕易分辨理論 : 對錯 : 總之呢自從銅氧超導被發現以來也經過了將近四十年 : 這段時間並不是沒有進步例如發現了別的體系的超導像是鐵基超導 : 不管怎麼說這些超導體在常壓下的臨界溫度離常溫看起來的確還有不小的距離 : 這自然也是為什麼這次的LK-99那麼多人關注 : ............................................................................. : 那麼終於可以回到大家最有興趣的韓國團隊這次的LK-99 到底是不是超導? : 至少我不能提供答案而且...我懷疑目前也沒有人敢斬釘截鐵的回答 : 畢竟那些新的超導體系常常是由不專門做超導的人所發現的 : 這麼說有點誇張但超導的歷史的確包含著許多的打臉史 : 不真的做實驗是沒有人能夠百分百確認的 : 但我還是可以給些關於超導實驗的科普以及個人看法 : 各位當作是我個人偏見就好了不必太在意 : 確認超導體所需要的實驗往往至少需要以下幾個 : 1. 電阻對溫度(R-T)曲線 : 理想上 R-T曲線在臨界溫度以下是0 然後在臨界溫度有個不連續的跳躍長這樣 : https://imgur.com/AchTVk5

: 實際上當然不一定會那麼理想不一定直接掉到0 而可能會有個很小的區間降到極小電阻 : 論文中的R-T曲線是這樣的確在攝氏127度附近有個從很大電阻跳到較小電阻的 : https://imgur.com/a/58ZIiIg : 但那個較小電阻...其實不是真的很小而且維持很長區間然後到攝氏60度左右才掉到更 : 小的值 : 這種降到極小電阻的方式不太像超導 : 但反過來同樣的...我暫時想不到太多 : 其他能解釋從高溫到低溫電阻突然從大跳到小的相變 : 2. 磁化率對溫度 : 相信大家最耳熟能詳的超導體特徵所謂的邁斯納效應(Meissner effect) : 這效應最直觀的表現就是磁浮這個磁浮是由於超導導致的抗磁性而產生 : 但其實抗磁性甚至是磁浮只是超導的必要條件不是充分條件 : 室溫下能夠磁浮的非超導抗磁性物質是存在的 : 但這兩者的機制畢竟是不同的是可以透過測量磁化率來判別的 : 首先是一般的抗磁性磁化率對溫度的變化是連續的而超導體在臨界溫度會有個跳躍 : 再來某些(type 2)超導體外加磁場會造成磁渦漩破壞一小部分的超導 : 所以在沒有外加磁場(ZFC) 或有外加磁場(FC)情況下測量磁化率的過程得到曲線不同的 : 原則上type 2超導體的磁化率對溫對曲線應該是長這樣 : https://imgur.com/akDQXd9

: 在臨界溫度以下 ZFC和FC是分岔的接近臨界溫度時有個跳躍臨界溫度以上則是相對平坦 : 在文章裡雖然ZFC和FC看起來的確在臨界溫度下有分岔但不知道臨界溫度以上的行為 : https://imgur.com/a/IfxHip4 : 這種分岔也可能有其他未知來源甚至可能來自測量背景值的誤差 : 3. 比熱 : 由於超導是種相變比熱在臨界溫度時應該會有不連續的變化 : https://imgur.com/a/hyEA6r7 : 如果說上面兩個測量多少還有點超導的跡象那比熱大概是最不像超導 : 這個前幾天有板友提了 : https://imgur.com/a/Z1AS2Lq : 我或許可以幫忙試著找點理由比起電磁性質熱性質可能比較微妙來源不一定只有電子 : 考慮到臨界溫度超過攝氏一百度以上其他自由度(例如晶格)也有可能對比熱有貢獻 : 所以想獨立看到超導相變造成的比熱說不定需要更詳細的實驗方法 : ............................................................................. : 總之我的個人心得是從這篇文章給的數據...乍看起來的確有些看起來像超導的跡象 : 但文章的數據和圖表都存在很粗糙的地方這不是很好的徵兆 : 因為可能有些看起來像超導的跡象是來自實驗或數據處理的疏忽 : 考慮到...這畢竟不是正統實驗室加上似乎團隊有內鬨 : 而且這是個臨界溫度超過攝氏一百度的超導某些實驗手段可能沒那麼方便 : 那也不是完全不能理解 : 反過來想另一方面同樣的也還沒有證據證明這"不是"超導 : 比起文章品質...我個人不太相信的原因主要還是考慮到電子的性質和能量尺度 : 常壓下攝氏一百度以上電子宏觀量子相干態...真的是超乎想像 : 作者花了些篇幅提供超導的來源機制但我覺得他們的理論解釋只是讓我覺得更不太合理 : 而且他們嘗試用一些過去的理論去解釋常壓下臨界溫度攝氏一百度的超導 : 終究也沒太大的必要畢竟他們宣稱發現的超導要是成真的話是如此超越常識 : 綜觀超導體的歷史都是實驗驅使新理論的誕生理論其實的預測能力有極限 : 要是LK-99最後證明真的是常溫超導那肯定會驅使並幫助物理學家探索新的超導機制 : 但我還是希望無論是不是這次的LK-99 有一天終究會發現室溫超導! : 畢竟材料世界的複雜度和可能性終究還是超過人類目前經驗和理論的邊界太多了 : 這也是為什麼就像我提的雖然這篇文章很多很粗糙的地方 : 但還是有些平常認真做超導研究的實驗組願意真的花時間和資源來做實驗驗證 : 我也知道大家都很期待早日知道結果但從生長樣品到完成數據整理真的沒那麼快 : 即使考慮到原作者說製作起來不難但也不是三四天內就能做完所有分析給出肯定答案 : 畢竟無論是實驗量測或者數據分析都需要仔細處理去掉其他變因才能得到真正的答案 : 至少我目前沒看到很肯定到底是或不是超導的實驗結果 : 也沒聽到甚麼可信的消息源有答案 : 倒是看到很多消息被不精確翻譯或理解而失去了原意或者根本不知消息的來源 : 還是靜觀其變至少再等一到兩個禮拜再來判斷吧 -- ※ 發信站: 批踢踢實業坊(ptt.cc), 來自: 111.82.37.230 (臺灣) ※ 文章網址: https://www.ptt.cc/bbs/Gossiping/M.1690629894.A.F34.html

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