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南京大学知名教授闻海虎表示,室温常压超导材料LK-99可能是似是而非的假超导现象,有哪些信息值得关注?

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超导的机理或许并不复杂。

首先电阻被认为是受到晶格(即按周期排布的原子核)的碰撞与散射。晶格在平衡位置左右振动,温度越高,振动越剧烈,振幅越大,活动范围越大,就会导致电子在定向移动时被撞次数越多,被晶格碰撞、散射的概率越高,外在表现为温度越高,电阻率越高。

当温度越来越低,晶格振动越来越缓慢,电子受到晶格碰撞、散射的几率就越来越低。所以,当水银大幅度降低温度至4.2k,贴近绝对零度,晶格几乎停止了热振动,进入了一种稳态、静态的状态后,电子前进就没了阻碍,电阻就几乎消失了,进入了超导态。

打个通俗的比喻,这就像走廊里挂着几十个小球,一支箭直线穿越这片区域,小球晃动起来就比静止时更容易与箭发生碰撞。小球晃动的越剧烈,摆幅越大,活动范围越大,撞到箭的几率越大。小球的振动越小,碰撞的概率越小。如果小球不仅静止,体积再缩小几十万分之一,那与箭碰撞的概率就无限接近于零了。

提高压力进入超导也是同样的道理,可以理解为将晶格死死地摁住,使其不能动弹,从而进入静态稳态。

这里抛弃了传统bcs理论的库珀对的理念,而直击超导可能的本源-静态、稳态。

另外,超导的电阻是小于10的负25次方,而不太可能为零,因为晶格作为实物粒子,它们只是静止而没有消失,阻碍依然存在,也依然存在碰撞与散射,只不过次数远远小于从前,小到超出了仪器测量的下限。由于原子核的体积在整个原子中占比极小,而电子的前进速度又很慢(电子的速度并不等于光速,所谓光速其实是电场传播的速度),所以单位时间内碰撞次数趋于零是不难理解的

为什么超导体电阻为0有个条件,就是电流不能太大,也就是说都有一个临界电流,超过这个值超导状态会消失,就是因为加大电流,把电子的通行密度提高到一定程度后,碰撞、散射问题会再次显现出来。这就像一支箭可以顺利穿过悬挂几十静止小球的走廊,但是一万支箭同时穿越这一空间就必然发生多次碰撞了。一旦碰撞多次发生,动能转化成内能,温度上升,热运动增强,导体自然发生超导态到正常态的相变。

关于这一点,在普通的金属导体中也很常见。一根细导体通入大电流,电子与晶格的碰撞相当剧烈,导体的温度越来越高直至熔断。反之,同一类导体,同样大小的电流,导体越粗,截面积越大,导体越不容易发热。因为电流大小相等,即单位时间内通过的电子总量是相等的,导体越粗,截面积越大,那么电子的通行密度越小,与晶格碰撞概率就越小。很浅显的道理。

电阻来源于电子与晶格的碰撞与散射,深层的原因是晶格的振动,那么抑制晶格振动便是实现超导态的通用手段。

后来出现的高温超导化合物同样遵循这个原则,只是相对复杂些。正常情况下,分子内部存在两种状态,一种是晶格自身的热振动,另一种是分子内部各原子之间也就是晶格之间相互作用,通常,前者不受后者影响。不过,随着温度降低,晶格的热振动会越来越缓慢。当温度低至某一阈值后,后者压制住了热运动,接管了分子的运动状态,晶格之间的相互作用力使得各个原子相互锚定,进入了稳态,静态,从而实现了超导态。

这就像单独一棵树容易随风摆动,周围放几块石头用绳子将树拴住,用拉力拉住,那它们相互锚定,就容易静止、稳定下来了。哪种树配哪些石头,会让它们容易静止,这才是最关键的问题,也是几十年来研究的重点。

再回到首次发现的水银超导体,理论上,只有在绝对零度0k时,晶格才会完全停止热振动,为什么水银会在4.2k就进入了超导态,为什么在4.2k晶格就停止了热振动,其原因就是晶格之间的相互作用力产生了影响,说通俗点就是各个原子核相互之间拉住,或者挤住,总之彼此之间相互制衡,都进入了静态,都不动了。

下图是各种超导体晶格的架构形态。

晶格为什么进入稳态静态,从根本上来说由于相互作用力的存在,各个晶格之间实际上达到了力平衡的状态。从上图可以看到,各种超导体的架构形态各异、不尽相同,为什么有的超导体临界温度会相对更高? 因为该导体能够在较高温度下实现各核的稳定,消弭热振动,进入静态稳态,或者说晶格之间更容易实现力平衡状态。

那为什么同一种超导体不同方向上的临界磁场不同?比如平行于这个导体和垂直于这个导体,其临界磁场会相差几十倍上百倍,就是因为破坏这个稳定结构的力平衡状态,在不同方向上的难易程度是不同的。结构复杂的高温超导体,总有一个突破点,更容易被(磁场力)撬开!

这就像四根木棒组成ABCD正方形,同样的力施加在同一个点A,一种是力垂直于一条边CD,另一种是力垂直于其对角线BD,明显后者更容易破坏稳固的形态。

为什么有的超导体各个方向的临界磁场差异不大?大抵是因为它的分子结构排布比较均匀对称,各个方向抵抗磁力的能力相当。(maoxian)

那么,晶格之间存在哪些相互作用力?有范德华力、万有引力、库仑力、共价键、金属键、氢键等等。如何实现常温常压超导体?那就要从已知的各种高温超导化合物研究,分析各个晶格的相互作用力,根据晶格间的质量、电荷、距离、架构等等因素,寻找其中的规律,并根据理论搭建创造化合物分子。这是一个庞大的数据工程,要进行海量的数据分析,归纳总结。关于这一点,可以通过AI人工智能,以现有数据使之自我学习,寻找其规律。就像AI先自主学习,然后从6000多种分子的数据库中迅速找到了超级广谱抗生素halicin。


我们不知道何时会实现常温常压超导,但能确认的一点是,这种化合物各原子之间必然是更容易相互锚定,更容易实现晶格之间的力平衡,更容易进入静态稳态,以致于实现电子和晶格的零碰撞,电子的能量无损通过。

这是大方向

最后,我不太相信韩国的超导体为真,AI都还没用上,路都没走对,怎么一下就从山脚闪现到山巅了。现在发现的几万种超导体离室温都相距甚远,未来还可能出现几十万上百万种,结果省却了中间步骤,一伸手就从几十万里抓到那一个正确的,未免太巧了。说不过去。

不太信,静观其变吧。真实现了也是好事。期望被打脸


2023.7.28

《与资本为伍》刘顺国

发布于 2023-07-28 22:52・IP 属地山东
刘顺国
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