LK-99: чи вдалося відтворити надпровідник, який називали претендентом на Нобелівську премію

Науковий світ упродовж тижня активно обговорює заяву науковців корейського університету. Вони стверджують, що створили надпровідник, що працює за кімнатної температури. Подібне відкриття мало б змінити промисловість, електроенергетику та дозволити робити потужні квантові комп’ютери. Однак поки що перспективи винаходу століття доволі туманні. SPEKA спробувала з’ясувати, що відбувається з LK-99 зараз. 

Що таке LK-99 і чому це відкриття настільки амбіційне

22 липня 2023 року науковці з Корейського університету Сукбе Лі, Джі-Хун Кім і Янг-Ван Квон опублікували препринт наукової статті, у якій стверджували, що створили перший у світ надпровідник, що працює за кімнатної температури.

Матеріал, який використовували вчені, має назву LK-99. Він нібито зберігає надпровідність навіть за звичайного атмосферного тиску та температури до 127 °C.

Яку користь можна отримати від надпровідників кімнатної температури

Якщо LK-99 працює, це може революційно змінити більшість технологічних індустрій. 

Електроенергія, що передається через надпровідник, на відміну від типових матеріалів, майже не зазнає опору. Це означає, що її можна транспортувати на великі відстані майже без втрат і виробляти її потрібно буде значно менше. 

Окрім цього, завдяки явищу магнітної левітації ми зможемо будувати транспорт на магнітній подушці. Їхня потенційна швидкість може сягати 1000 км та бути конкурентною авіації. Наразі їхня експлуатація невигідна, адже для роботи їм потрібні складні системи охолодження. 

Підписуйтеся на наші соцмережі

Фактично будь-який електронний пристрій не потребуватиме охолодження. Крім того, така технологія нарешті дозволить побудувати квантовий комп’ютер з великою кількістю кубітів. Зараз більшість квантових комп’ютерів працюють за наднизьких температур, що робить їх роботу складним та дорогим процесом та обмежує широке використання. Також не буде потреби охолоджувати дата-центри та сервери, які споживають величезну кількість енергії. 

Як оцінюють новину про надпровідники кімнатної температури вчені 

Одразу після виходу препринту у медіа та наукових колах речовину LK-99 почали активно обговорювати. Щоправда, причин для оптимізму небагато. 

Семен Єсилевський, доктор фізико-математичних наук, провідний науковий співробітник Інституту фізики НАН України, спеціаліст з молекулярної динаміки роз’яснює, у чому полягають труднощі у створенні подібного матеріалу: 

«Так звані високотемпературні надпровідники, які переходять у надпровідний стан при температурі вищою за температуру рідкого азоту (-196 °C), досліджують від кінця 70-х років. Це дуже різноманітна група матеріалів, для яких досі нема повного розуміння як саме в них виникає надпровідність. Через це пошук нових матеріалів відбувається фактично наосліп. Температури переходу у надпровідний стан з часом стають дедалі вищими. Саме по собі досягнення кімнатної температури не є чимось особливо видатним, навіть якщо воно підтвердиться, це лише наступний крок у перегонах за вищі критичні температури. 

Для того щоб матеріал мав практичну цінність у нього мають також бути високі величини критичного струму та критичного магнітного поля (інакше надпровідність зникатиме при спробі пропустити через нього пристойний струм), а також хороша технологічність (щоб з нього можна було робити дроти). Все це поки під великим питанням». 

Також Єсилевський додає, що більшість високотемпературних надпровідників дуже «примхливі» — процес їх виготовлення та мінімальні домішки можуть суттєво впливати на їх властивості. Окрім цього, навіть автори дослідження могли помилитися чи щось не врахувати, тому на з'ясування цих нюансів може знадобитися багато часу (місяці чи навіть роки).

Як інші вчені та лабораторії намагаються відтворити LK-99

Низка лабораторій і приватних вчених зараз перевіряють результати південнокорейської команди.

Спроби відтворити результати були здебільшого невдалими або мали частковий успіх. Наприклад, команда Школи матеріалознавства та інженерії Університету Бейханг у Китаї використала процес, описаний командою LK-99, але не отримала таких самих результатів. Подібним чином команда Національної фізичної лабораторії Індії також зазнала невдачі.

Кілька днів тому інженер Ендрю Маккаліп з космічного стартапу Varda Space спробував відтворити матеріал у прямій трансляції на Twitch. Однак і йому це не вдалося.

Проте дослідниця з Національної лабораторії Лоуренса Берклі опублікувала іншу препринтну статтю (ще не рецензовану), стверджуючи, що вона змогла відтворити результати за допомогою моделювання. Попри те що це не є прямим повторенням експерименту, це додає довіри до LK-99.

Що таке ефект Мейснера та чи досяг його LK-99

Надпровідники мають кілька специфічних властивостей, зокрема ефект Мейснера, явища, коли надпровідний матеріал може повністю витісняти магнітне поле за переходу в стан надпровідності. Це одна з ознак надпровідності матеріалу, і він може левітувати над магнітом. Команда, що синтезувала LK-99, опублікувала відео, на якому показано шматок їх матеріалу на магніті. Однак один край речовини завжди залишається у контакті з магнітом, а в один момент навіть весь шматок падає.

Команда стверджує, що це пов’язано з недосконалістю матеріалу. Однак деякі експерти вважають, що, ймовірно, матеріал зовсім не надпровідний, а радше діамагнітний, тобто має слабке магнітне поле, що відштовхує магніт під ним. 

Китайська експериментальна група зі Школи матеріалознавства та технології Науково-технологічного університету Хуачжун опублікувала відео, в якому повідомлює, що успішно перевірила синтез кристала LK-99 та ефект Мейснера. 

Китайські вчені стверджують, що їм вдалося досягти більшого кута левітації, ніж у попереднього зразка, отриманого південнокорейськими колегами. Також вони зазначили, що, хоча цей кристал демонструє діамагнетизм, він відносно слабкий і не має нульового опору, а його загальна поведінка подібна до кривої напівпровідника. Видавець вважає, що навіть якщо LK-99 має надпровідні властивості, вони містять лише незначну кількість надпровідних домішок, які не можуть утворити безперервний надпровідний шлях.

Тому до LK-99 ще багато запитань. 

Підписуйтеся на наші соцмережі