Нещодавно група фізиків з Південної Кореї заявила, що вони отримали матеріал, який набуває надпровідних властивостей за кімнатної температури і нормального атмосферного тиску — справжня сенсація у світі фізики та технологічний прорив для сфер енергетики, медицини, транспорту та багатьох інших. Майже одразу наукові команди з різних університетів світу спробували відтворити революційний матеріал, і зазнали поразки — заявлених властивостей у речовині не побачили. Розповідаємо, що це за матеріал, які щодо нього сумніви та чому фізики взагалі вважають кімнатну надпровідність своїм святим Ґраалем.
Зразок LK-99, який отримали південнокорейські фізики, левітує над магнітом внаслідок дії ефекту Мейснера. Alex Kaplan / Twitter
Чому всі женуться за кімнатною надпровідністю?
Явище надпровідності, коли матеріали здатні проводити струм без опору, відоме вже понад сто років — у 1913 році за його дослідження отримав Нобелівську премію нідерландський фізик Гейке Камерлінг-Оннес. Окрім нульового опору, який дозволяє уникнути енергетичних втрат, надпровідність супроводжується не менш корисним ефектом — здатністю виштовхувати магнітне поле, що дозволяє левітувати над магнітами.
Завдяки таким властивостям, надпровідники могли б прокласти шлях до набагато більш ефективних систем енергопостачання, мікропристроїв, транспорту, що левітує на магнітних подушках та безлічі інших технологій. Утім, поки широкий спектр можливого використання надпровідників упирається у те, що більшість матеріалів, які мають такі властивості, зберігають їх за температур, близьких до абсолютного нуля. Щоб їх підтримувати, вченим потрібні масивні охолоджувальні установки, через що надпровідники наразі використовують у далеких від побутових приладах, як от на Великому адронному колайдері, токамаках чи МРТ.
Надпровідні магніти на Великому адронному колайдері. CERN
Підвищити критичну температуру надпровідників вдалося у другій половині ХХ століття — у надпровідниках, які називають високотемпературними, властивості зберігаються за температури у близько -196,2 градуса Цельсія, які, втім, так само недосяжні у «кімнатних умовах». Надія на доступну всім надпровідність з'явилася в останні десятиліття, коли фізики відшукали сполуки, здатні втрачати опір за температур навіть вищих за нуль градусів Цельсія. Однак, для цього вони вимагають надзвичайного тиску у мільйони атмосфер.
Поки пошуки «кімнатних надпровідників», яким не потрібні екстремальні умови для роботи, успіхів не мають, а численні заяви про наближення до таких, не отримують підтверджень. Саме тому матеріал, який отримали південнокорейські фізики, отримав стільки розголосу — за заявами вчених, синтезований ними LK-99 демонструє нульовий електроопір за атмосферного тиску і за температури аж до 127 градусів Цельсію.
Чим особливий LK-99 ?
LK-99 являє собою модифікований апатит свинцю — сполуку зі свинцю, кисню, міді і фосфору, який, як описують творці, можна виготовити за 10 годин у герметичній вакуумованій колбі за температури у 925 градусів Цельсія. У дослідах науковців, як і властиво надпровідникам, окрім нульового опору до критичної температури, LK-99 також демонстрував левітацію над магнітом, відео якої розлетілися інтернетом. Майже одразу повідомлення про отриманий матеріал наштовхнулося на скептицизм вчених, у яких не викликали довіри наведені у статті відкривачів (яка не була опублікована у рецензованому виданні — лише на сайті arXiv) графіки й відомості про LK-99. Пізніше почали з'являтися статті наукових груп, які намагалися відтворити успіх південнокорейських колег — і жодна не повторила їхній успіх.
Що показали експерименти?
Наразі близько 11 різних наукових організацій оголосило, що вони спробували синтезувати у своїх лабораторіях LK-99, використовуючи методику, описану південнокорейськими фізиками. Зокрема науковці з індійської Національної фізичної лабораторії у Нью-Делі повідомили, що не побачили ознак надпровідності в отриманому ними зразку LK-99. З таким же висновком вийшов препринт вчених з Університету Бейхан, що у Китаї, які незалежно від індійських колег синтезували LK-99. Також відтворити заявлену надпровідність у LK-99 не змогли дослідники Манчестерського університету та Університету Пекіну. Інший результат отримали вчені Південно-східного Нанкінського університету, які заявили, що хоч синтезований ними LK-99 не проявляє ефекту левітації, але демонструє майже нульовий електроопір за температури у -163 градуси Цельсія — набагато нижчої, ніж заявляли фізики з Південної Кореї.
Отримані індійськими вченими зразки LK-99. Як видно на зображенні, над магнітом вони не левітують, як мали б, якби проявляли надпровідність. Kapil Kumar et al. / arXiv, 2023
Як зазначають автори цих експериментів, отриманий ними матеріал мав подібну структуру, до тої, яку описали творці LK-99. Однак, як свідчать фахівці, точно визначити, наскільки подібні зразки, отримані у лабораторії південнокорейськими вченими, зі зразками, які синтезують у незалежних експериментах, складно, адже не всі особливості матеріалів можна засвідчити за допомогою рентгенівської дифракції, якою послуговувалися як відкривачі LK-99, так і вчені, які їх наслідували. На думку вчених, найімовірніше, що LK-99 не належить до надпровідників, а потребує більш детального аналізу структури, щоб визначити, які властивості надає матеріалу запропонований південнокорейськими науковцями спосіб синтезу.