- LK-99は、常温・常圧で超伝導性を示すというプレプリントの主張で注目を集めており、再現されれば 電磁気学を使うほぼすべての分野 に影響を与えうる
- 合成手順は比較的単純で、複数の研究室が迅速に検証できる一方、元のサンプルが 多結晶・不均質 であるため、再現結果が揺らぐ余地が大きい
- 中国のHuazhong University of Science and Technologyによる 磁気浮上映像 は関心を高めたが、映像だけでマイスナー効果による常温超伝導の再現を確定するのは難しい
- Shenyang National LaboratoryとLawrence Berkeleyの新たな DFT計算 は、LK-99の報告構造が超伝導の可能性と整合しうること、そして完全に新しい物理を必要としない可能性を示した
- 銅の置換位置、電子構造の脆弱性、結晶方位性の可能性が残っており、クリーンなバルク試料とソーシャルメディア映像以上の 検証データ が必要である
LK-99の主張と再現の難しさ
- LK-99は、常温を大きく超える温度かつ常圧で超伝導性を示すというプレプリントの主張として現れた
- このような材料は材料科学と凝縮系物理学で長く追い求められてきた目標であり、これまでは主にSFの中の存在とみなされてきた
- 実在するなら、許容できる電流密度次第で 電磁気学ベースの応用 を大きく改善できる
- 並外れた主張には並外れた証拠が必要であり、この種の事例は通常 再現性の問題 で崩れることが多い
- 今回の合成はそれほど複雑ではなく、特殊な材料や装置も必要としないため、複数の研究室がすぐに再現を試みることができる
- ただし元の著者ら自身も、サンプルが 多結晶 で 不均質 だと明かしており、報告された製法が最適化された方法だという保証はない
- 再現の変数には、出発物質の純度、酸素の存在、粒子サイズ、加熱・冷却速度、容器の大きさや形状などが含まれる
プレプリント著者の問題と論文の状態
- 関連プレプリントは、3人著者の論文と6人著者の論文が近い時期に公開された
- 3人著者のプレプリントは、著者のうち1人が他の一部著者と相談せずに投稿したことを理由に撤回される可能性がある
- 6人著者の論文は査読誌への投稿準備中で、プレプリント自体はすでに 改訂済み
- 実際の内部事情は、もう少し時間が経ってから明らかになるかもしれない
- 常温超伝導体発見の可能性という文脈のため、期待と混乱が同時に高まっている状態だ
8月1日時点の再現主張と磁気浮上映像
- 8月1日午前時点で、中国のHuazhong University of Science and Technologyが再現したという、まだ検証されていない 報告 がある
- 公開された映像には、LK-99サンプルである可能性のある物体が磁石の上に浮き、磁石に対して異なる向きを示す場面が含まれている
- この 向きの変化 が重要な手がかりである
- 単なる 常磁性 物質でも、十分に強い磁場では 浮上 できる
- 水滴やカエルのような反磁性物質も浮上可能である
- この場合、方位磁針の針のように特定の向きへ戻ることがある
- 超伝導体は 完全反磁性体 であり、磁場を排除する点で異なる
- マイスナー効果 は、物質が適切な温度で超伝導状態になると、内部を貫いていた磁場を押し出す現象である
- 当該映像は作成者・公開者の説明に依存しており、常温超伝導でなくても成り立つ別の説明が残っている
- 映像1本だけで実際の再現と判断するにはまだ早い段階である
DFT計算が示した可能性
- 2本の新しいプレプリントは、報告されたLK-99のX線構造データを出発点に 密度汎関数理論（DFT）計算 で挙動を予測している
- 1本はShenyang National Laboratory for Materials Scienceチームの プレプリント
- もう1本はLawrence BerkeleyのSinéad Griffinによる プレプリント
- 2つの計算は非常によく似た結論に達しており、LK-99のような物質が 機能しうる ことを示唆している
- LK-99を説明するために完全に新しい物理を仮定しなくてもよいかもしれないという点で、重要な展開である
- Griffinの計算では、フェルミ準位（Fermi level）を横切る孤立したflat band群が見つかり、最大バンド幅は約 130 meV、残りの価電子帯との分離は 160 meV である
- 狭いバンド幅は強く相関したバンドを示し、Cu-dバンドは特に平坦で、周囲の酸素イオンによるバンド拡張も小さい
- band flatnessが超伝導性を誘起するという既存の仮説が正しければ、この結果はよく知られた高温超伝導系よりも堅牢で、より高温の超伝導相を示唆する
電子構造、置換位置、結晶方位性
- 固体におけるフェルミ準位は、電子が特定のエネルギー準位を占有する確率が50%になる理論上のエネルギーで、移動可能な伝導電子の自然な位置に近い
- 固体中の電子は複数のエネルギー バンド を占有するとモデル化され、バンド間にはband gapがある
- 絶縁体はフェルミ準位が広いband gap内にあるため電流を作りにくく、金属は1つ以上のバンドがフェルミ準位にかかっている
- Griffinの論文は、元のプレプリントと同様に、鉛アパタイト構造のPb(1)位置に銅が置換される場合に計算結果が成り立つとみている
- しかし銅がPb(2)位置に入る方がエネルギー的に有利に見え、これは Pb(1)への銅置換 を安定して得ることを難しくする可能性がある
- こうした置換位置の問題は、LK-99再現のばらつきやクリーンなバルク試料確保の難しさにつながりうる
- Shenyangチームも、元の鉛アパタイトは非常に良い絶縁体だが、銅原子を入れる構造変化が韓国のプレプリントの実験データと一致し、金属状態への大きな遷移を生むとみている
- Shenyangの計算では、フェルミ準位近傍に半分満たされたflat bandと完全に満たされたflat bandが見つかっており、これらが報告された超伝導性を調べるうえで重要だとしている
- このチームは、Pb(1)位置に金原子を置換すると似た性質の物質が得られる可能性があると予測している
- Shenyangのプレプリントは、Pb2原子が作る円筒状の列の周囲にあるPO4単位が絶縁特性を示し、1/4占有のO2原子を介してc軸に沿う一次元に近い伝導チャネルが生じるとみている
- 2つのflat bandでは4つのVHSが観測され、これは低温での構造歪みに対して電子的性質が 脆弱 である可能性を示している
- 単結晶のLK-99を作れた場合、超伝導性が1つの結晶軸に沿ってのみ現れる可能性がある
- 特定の向かい合う2面に電線を接続すれば超伝導性が見える一方、他の面では見えないかもしれない
- 既存の超伝導材料でも結晶粒界は効率に大きく影響し、LK-99の多結晶サンプルは強い効果を示すには不利かもしれない
現時点での判断
- ShenyangとLawrence Berkeleyの計算は前向きな展開であり、LK-99を「説明できない」領域からある程度引き離している
- 新しい物理を必要とするなら立証基準ははるかに高くなるが、今回の計算は既存の理論枠組みでも可能性を示している
- さらなる再現データが必要であり、ソーシャルメディア映像以上の証拠が出てこなければならない
- 現時点では、世界が見てきた常温・常圧超伝導性候補の中で最も信頼できる試みであり、今後数日から数週間が非常に重要である
1件のコメント
Hacker Newsの意見
いま私たちがいる変曲点の波及効果は、想像しがたいほど大きい。昨夜も説明するのが難しかったが、p-n接合が発明されたときに似た技術転換の時代の始まりを目にしているのかもしれない
1940年代の視点では、今日の技術を想像するのは難しかったはず。エネルギーの無損失伝送、充電時間を必要としないバッテリー、はるかに高速で膝を焼かないCPUまで可能になるかもしれない。そろそろ空飛ぶ車をもらえるのか？
金属、とくに銅は、すでに信じられないほど優れた導体だ
もうほぼ50歳なので、乗ったらたぶん墜落して死ぬだろうが、それでも一度は試してみると思う
「Pb(1)位置に金原子を置換すると、非常によく似た性質の物質になり得る」という予測を見て、基礎物質が鉛アパタイトだという点から妙な考えが浮かんだ
中世の錬金術師たちが鉛を金に変えようとしていたのは方向が逆で、むしろ鉛に金をドープすることこそ突破口なのかもしれない、ということだ :-)
中国から新しい再現動画が出た
https://twitter.com/lereguy/status/1686363900651151360
興味深いが、落ち着いていようとしている。関係者全員に幸運を祈る
科学がこんなに刺激的な観戦スポーツになり得るとは思わなかった
命がけの競争、宣伝色のあるデモ、新しい展開のたびに個人・機関・国家のプライドがかかる雰囲気だ
だからMRIも、核融合も、おそらく発電機やモーターのような電動装置も難しいと思う
DFTの結果は確かに興味深いが、この種の材料の実験的な凝縮系物理が私の専門で、理論側ではないことを前提にしてほしい。私の理解では、結論の核心である平坦バンドは、著者たちが述べた形の超伝導性にとって必要条件ではあり得ても、十分条件ではない
実験的な凝縮系物理では、良い実験をしたあと、査読者をなだめるために生煮えの「理論的根拠」を付けることが容認される場合もある。だから実際の超伝導性が、論文で提案されたメカニズムとはまったく無関係に現れても驚かないと思う。もっとしっかりした特性評価を見たいし、再現研究をしている研究室には核心部分を調べてほしい
ただしその知識は20年ほど前のもので、筆頭著者のPRB論文はあるとはいえ、現役研究者より私を信じるべきではない。それでも完全に無知というわけではない
これなら合成がなぜ難しいのか説明できるかもしれない。こうしたシミュレーションは完璧ではないが、実験が方向づけを与え、強く相関しているときには、現象の機械的説明を得たという良い兆候になり得る
DFT計算のプレプリントをかなり有望だと見たのが自分だけではなくてうれしい
ただし、望む置換を達成するのが非常に難しいことも示している。特に、何人かが提案した「複合物を壊して分離しよう」という方法は通用しない可能性が高い。不均一性が同じ結晶内に存在し、CuがPb {1} の位置に入るのは良いが、Pb {2} の位置に入ると悪いからだ
だから著者たちが好んだ非常に迂回的な合成法、つまりリン化銅をラナーカイトと反応させて硫化銅の副生成物を大量に作る方法が、興味深い性質を引き出すのに必要だったのかもしれない。いまや何を探すべきかの見当がついたので、どの種の銅置換を達成すべきか、また達成できたかどうかを判別する方法を念頭に置いた別の合成法も導き出せるかもしれない
もちろん、これらすべてが大きな間違いである可能性は残っているが、今では互いに噛み合った複数の間違いが同時に存在していなければならない。この仮説に従うなら、高品質のバルク試料で必要な選択的置換を達成するまでには時間がかかる可能性があり、短期間で新技術が次々出てくるとは期待していない
平坦バンドはいろいろな意味を持ち得るし、Griffinが仮定した結晶構造も、見込みが高そうだったから選ばれた可能性がある。CMTCも、Griffin論文はそれほど状況を変えるものではなく、依然として再現可能性は低いと見ている: https://twitter.com/condensed_the/status/1686373904044949504...
ものすごく説得されたわけではないが、確実に何でもないわけではない
単なる戯言なのか？ https://twitter.com/iris_IGB/status/1685322871306928128
先週のSigma Aldrichのサプライチェーンサイトで、酸化鉛(II) とリン化銅粉末の1日あたりの注文量がどうだったのか見てみたい
主流メディアが今これを無視しているようで驚く。GoogleニュースでLK-99を検索したが主要メディアの記事はなく、NYTimesの検索結果は1974年の記事だった
特に最後の部分のせいで、保留したのは良かったと思う。「一部の科学者が大きなミスをしたかもしれないし、していないかもしれない」以上の話になるかどうかすら不明だった。今は複数のチームが可能だ、あるいはすでに起きたと言っている段階に来ており、主流メディアの記事も出始めそうだ。無視しているのではなく慎重なのであって、科学担当記者たちは鷹のように見張っているはずだ
評判のあるメディアは、インターネットの雑音をふるいにかける信頼できるフィルターなので良い。初期の噂はこういうサイトで見て、フィルタリングされ、整理され、焦点の合った内容はそちらで見る
元の論文は、この分野でarXivでの公開が広く受け入れられているのか確かでない中で出された2本の論文であり、科学ジャーナリズムは通常、著名な学術誌の査読済み論文が出るのを待つ。すでに一部の専門メディアは取り上げており、Derek LoweのIn The Pipelineもその範疇に入れられる
[1] 例: https://nitter.net/i/status/1686373516286005248 — 最近の理論的確認論文でさえ、なぜ説得力が弱いのかを説明している
成功するかどうかに関係なく、ニュース価値はある。ミステリー、人間的背景、Argonne・中国・独立科学者たちによる再現の試みだけでも、すぐ記事にできる興味深い題材が山ほどある
さらに奇妙なのは、NYTがDiasの超伝導体論文撤回の記事は出したことだ。その論文は、実用的応用における大きな飛躍になる超伝導体でなければ関心がなかったので、自分のレーダーにも入っていなかった
いったい何をしているのか？
主流メディアが無視していると言うのは公平ではない。可能性のある発見が文字どおりたった今起きたばかりで、知名度の低さと証拠への慎重さが重なって、まだ取り上げられていないのだ
再現失敗の試み：Pb2SO5 と Cu3P で焼結した Pb10-xCux(PO4)6O の半導体的輸送
https://arxiv.org/ftp/arxiv/papers/2307/2307.16802.pdf
人々はこの事実を、がん研究のような分野を攻撃するために使うが、残念ながらこれは科学の根本的な問題である。科学論文は蒸留された真理の結晶ではなく、進行中の作業のコミットに近い。すべての細部が分かるまで出版を待っていたら、科学的発見はカタツムリのような速度に遅くなり、数多くの発見を逃すことになる
彼らは別の物質を試験していた
おお、引用発生が実際に起きているね