LK-99: 東南大学チーム、110K以下でゼロ抵抗を観測

 (twitter.com/lipez400)
1 ポイント 投稿者 GN⁺ 2023-08-03 | 1件のコメント | WhatsAppで共有
  • LK99 試料で 110K以下 の区間において電気抵抗が事実上 0 になる現象を観測したが、常温超伝導の直接的な証拠ではない
  • 合成試料の X線回折(XRD) 結果は韓国研究チームが報告した試料とよく一致し、一部区間ではより高い 純度 を確認
  • 4端子法(four-probe) 測定では高温側は半導体的挙動を示し、温度低下に伴って抵抗が減少して 110K 付近でほぼ 0
  • 合計 6個の試料 のうち、ゼロ抵抗を観測したのは 1個のみで、残りはほとんどが半導体的挙動
  • Meissner効果 測定では完全反磁性は確認されず、超伝導成分の比率は低い水準と判断され、常温超伝導かどうかは追加研究が必要
  • 発表者: Southeast University 物理学科所属 Sun Yue (Sun Yuyue)

研究概要と主要発表

  • LK99 に関する最新研究を整理し、外部報道や独自メディアによる 誇張・歪曲された解釈 と区別するための直接説明
  • 超伝導現象そのものの存在は確認できていないが、110K以下 でのゼロ抵抗観測には成功
    • この観測は存在可能性を裏づける 重要な証拠 になりうる
  • 関連論文はチームアカウントで作成・投稿予定で、まもなく原文を公開

研究チーム構成

  • Southeast University 物理学科(School of Physics)の超伝導研究チーム
  • 学生 3名 と Professor Xiao が共同で実施

試料合成とX線回折(XRD)分析

  • 2つの先行研究の XRD 結果と、新たに合成した 4つのバッチ試料 の X線結果を比較
  • 韓国研究チームが報告した同一物質の X線結果と 非常によく一致
  • 一部項目では韓国チーム試料より 高い純度 を確認

電気抵抗測定

  • 300Kから低温 までゼロインピーダンス測定を行い、電流は 1mA を印加
  • 試料は壊れやすい(brittle)性質のため規則的な形状への加工が難しく、不規則試料 を使用して 4端子法(four-probe) を適用
  • 高温では 半導体に類似した挙動 を示し、温度低下に伴って抵抗が減少
  • 110K で抵抗は事実上 0 となり、抵抗値は約 10⁻⁵~10⁻⁶ Ω、1mA 電流で電圧は約 10⁻⁸~10⁻⁹ の水準
  • 測定装置は PPMS で、該当地点で信号の上昇を確認
  • 以前の測定では約 250K 付近で原因不明の抵抗低下を観測しており、原因は未解明

磁場下での超伝導転移

  • 磁場印加時にも 超伝導転移は比較的安定的 に維持
  • 磁場増加に伴って 転移温度が一部移動 する挙動を観測
  • 9、7 区間で再び戻るような挙動は 内容が不明瞭 で、原因は未解明

試料ごとの再現性

  • 8月1日午後、超伝導転移の抵抗低下に似た挙動を初めて確認したが、ゼロ抵抗試料の比率は非常に小さい
  • サンプル数を増やして合計 6個の試料 を測定し、そのうち 1個でのみ ゼロ抵抗 を観測
  • 残りの試料はほとんどが 半導体的挙動

Meissner効果測定

  • ゼロ抵抗試料について Meissner効果 測定を実施
  • 磁気測定で 完全な反磁性 は観測されなかった
  • 当該試料の 超伝導成分比率 は比較的低い水準と判断

結論と今後の計画

  • LK99物質 で 110K 以下のゼロ抵抗観測に成功
  • ただし、これは 常温超伝導の証拠ではない
  • 常温超伝導かどうかは依然として 探索・測定段階 にあり、追加研究が必要
  • 研究チームは後続研究を継続し、改善された結果を発表予定

関連記事

1件のコメント

 
GN⁺ 2023-08-03
Hacker News のコメント

  • https://nitter.net/lipez400/status/1686793608626663441

  • 個人的には励みになる内容。110Kは本当に高く、商用の「高温」超伝導テープに使われる YBCO よりも高い
    これが事実なら、元の研究チームが単なる詐欺をしているわけではないという、初めてのまともな第三者証拠に見える。完全な詐欺なら、室温ではないにしても新しい高温超伝導体を実際に発見していたはずはないから。最悪でも商業応用の可能性がある素晴らしい新超伝導体を発見したことになり、最善ならこの物質の変種の中に本当に室温超伝導体があるかもしれない。どちらにせよ重要な科学的発見。予測市場が反応していないのは驚きだが、情報源の信頼性が低いのか、中国語が分かる人なら判断できるのか気になる

    • 予測市場が反応していないのは、これがまだ何も証明していないから。使われた装置では実際のゼロ抵抗を測定できず、超伝導性が最も直感的な説明として示唆されているだけで、実際に実演されたわけではない
      公開データが限られていて解釈は難しく、汚染物質や実験装置の問題など多くの可能性がある。グラフに見える興味深い物性から室温超伝導体へすぐ飛びつくのは難しく、このチームによる唯一の確認情報でもある。さらにサンプルは反磁性を示さなかった。懐疑的な理由は、1) 説得力がありそうでぎりぎり足りない動画が多く出回っていること、2) 他チームの結果が良くないこと、3) こうした超伝導発見が結局成立しなかった歴史があること、4) 元論文自体も疑わしいこと
    • 多くの人は 110K という見出しだけを見て、その含意を見ていないようだ。詐欺でもなく、単純なミスでもなく、再現が難しいケースなのかもしれない
      今日の前半は動画に説得力がなくかなり懐疑的だったが、この結果は「本物かもしれない」方向へ大きく後押ししている
    • 中国語が分からなくても、元動画の 01:50 と 02:32 に飛べば、核心となる図である XRD と抵抗データが英語キャプション付きで出てくる
      データはそれらしく見えるが、Fig.3(a) で 200K〜250K の間に抵抗が妙に下がる部分がある。Fig.3(b) も磁場の強さに応じて抵抗が不規則に動いていて少し変だ
    • 予測市場がどちらの方向に動くべきだと思っているのか気になる。これが室温超伝導性を支持する証拠なのか、反対する証拠なのか曖昧だ
    • 印象的なのは、作り方がどれほど単純かということ。まだ私たちが見つけられていない手の届く科学的発見が残っている

  • この物質については懐疑的なので最初のコメントを書くが、この結果を過小評価してはいけない。基本的に新しい高温超伝導体ファミリーの存在を確認したようなもので、1986年の銅酸化物以来初めてだ
    参考までに、銅酸化物の初期論文での臨界温度は 36K と測定されていた。その後数年間で同じファミリーの別物質を合成し、成長条件を最適化することで 127K まで上げることができた。今日 LK-99 で示された 110K は基準線を作ったもので、しかも非常に良い基準線だ。もう興奮してよいと思う

    • 具体的には、新しい超伝導メカニズムに基づくファミリーのように見える。この効果が本物なら、LK-99 の合成を改善する余地が大きいだけでなく、同じメカニズムを使いながらより高温で動作したり、より簡単かつ安価に作れたり、より大きな電流を流せたりする新物質を探す余地もある
    • 250K でのジャンプは、冷却中に自然に解消された接触不良のように見える。サンプルを再配線して再測定すれば消えるはず
      磁場依存性は確かに少し変だ。通常は磁場が大きくなるほど超伝導性が弱まり、臨界温度が下がるはずだが、ここではそうした様子が見えない。このような高い臨界温度なら超伝導性が非常に強く、かけた磁場が十分に強くなかった可能性はあるが、より良い測定なら臨界温度の小さな低下くらいは示すはずだ
    • 直感では、現在の応用である LK-99 よりも、ここでの理論の方が興味深くなりそう。成立するなら、何千人もの優秀な研究者が理論を繰り返し改良・拡張し、応用を磨いていくだろう

  • ものすごいニュースだ。このタイプの超伝導体の発見だけでも十分に大きな成果なので、詐欺である可能性は下がった
    何年にもわたって誤測定していた可能性も低くなった。非専門家の視点では、韓国のサンプルが単により良いか、別のバッチであるため、実際に室温で超伝導性を示しているように思える

    • 非専門家として、これがものすごいことだとどう分かるのか気になる

  • 専門家ではないが、元動画と再現試行を額面どおりに受け取ると、室温で強い反磁性を示している。超伝導体は超伝導温度でマイスナー効果により反磁性を示す
    だとすれば、LK-99 は低温では超伝導体であり、それとは別に室温でも強い反磁性を持つという意味になる。超伝導体でなければマイスナー効果はないのだから。これは珍しいことなのだろうか？

    • すべてが珍しい。まだ未踏領域だから。すべてが事実だと仮定すれば、複数の不純物のせいだと思われ、すべての物性を確定できるほど十分に純粋なサンプルを得るまでには時間がかかりそうだ
      奇妙なのは、より高い温度での抵抗低下で、測定異常か本当に奇妙な現象だ
    • ビスマスは強い反磁性体で、0度よりごくわずかに高い温度で超伝導状態に入ることができるので、不可能ではない。多くの物質は弱い反磁性を示しつつ、ある点では超伝導性を示すこともある
      だから前例がないわけではないが、LK-99 がそうした物性を持つなら、間違いなく多くの研究対象になるだろう
    • 反磁性物質では、物質がとどまれる磁場の「ポケット」を作るには複数の磁石を配置する必要がある、という文章を読んだ
      LK-99 の動画のいくつかは単一の磁石に反応しているように見えるが、これは反磁性物質にはなく、超伝導体にある性質だという
    • すでに出ている結果は、どれも製造をスピードランした結果だと思う。あと6日ほど経てば、複数の研究室がより多様でより良いサンプルを作り、かなりまともな実験をしているはず
    • 超伝導体でないなら、この程度の反磁性の強さは極めて異例で、超反磁性のような新しい物理と名前が必要になるだろう。それ自体としてもなお非常に有用だ
      しかし新しい物理現象である可能性はほぼ消えるほど小さく、この程度の反磁性なら、ほぼ間違いなく室温・常圧超伝導性を見ているように思える

  • 興味深い。あるところでは常温・常圧で強い反磁性が得られていて、今度は低温で実際にゼロ抵抗を報告している人がいる。
    少し前向きなニュースとして受け止めたい。液体窒素温度の範囲でだけ高い臨界温度を持つ超伝導体で、同時に常温で強い反磁性を示す物質だとしたら驚きだ。ただ、それが常温・常圧超伝導体よりさらに驚くべきことなのかはよく分からない。

    • 混乱する。普通は両方あるか、両方ないかのどちらかであるべきに思えるのに、常温で導電性と反磁性を示しつつ、はるかに低い温度で超伝導性を示す物質というのは奇妙だ。
      超伝導性が消えれば反磁性も消えると期待してしまう。
    • サンプルの一部だけが超伝導体で、残りが通常の導体や絶縁体なら、超伝導の島は反磁性を示しつつも互いに孤立している可能性がある。
      そうなると電流は抵抗のある領域を通らなければならないので、全体としては抵抗を受けることになる。

  • 参考までに、LK-99 のWikipediaページに出典付きの再現試行の追跡表があり、かなり有用だ: https://en.wikipedia.org/wiki/LK-99

  • この物質が本物で、再現可能で、安価に製造できるなら、それが何を意味するのか、この分野の専門家に説明してほしい。
    コメント欄にはフリーエネルギーや永久機関が目前に迫っているかのような息もつかせぬ興奮が多いが、少し調べた限りでは、電力網の効率が10%良くなるとか、MRIが少し安くなる程度に近いように見える。みんなが興奮している明白で面白い応用は何だろう？ 核融合やトカマクでの閉じ込めの問題なのか？ 現在の超伝導磁石の冷却コストが、正味のエネルギー生産における大きな障壁の一つだから？

    • 送電損失は実際に重要だ。サハラに太陽光パネルを敷き詰めて欧州本土とアフリカに無制限の無料エネルギーを供給できない本当の理由の一つでもある。そうしたことを実際に成し遂げる物流上の問題はさておき、エネルギーをある場所から別の場所へ移すだけでかなりの量を失うからだ。
      常温・常圧超伝導体があれば、エネルギーの生産地から消費地まで、ほぼ完全な送電が可能になる。モンタナ州の辺境に風力タービンを立ててシカゴに電力を供給する、といった以前は不可能だったことが可能になる。
    • 大きな変化は、この物質が高い磁束密度に耐えられる場合だ。そうなれば、磁性、磁石、電磁石に依存するほぼすべてのものが一桁規模で良くなる。
      列あたりの出力が10倍、質量や体積あたりの出力が10倍、あるいは単に10倍強力になる、といった具合だ。バッテリーのエネルギー密度がニカドからリチウムイオンで5倍になったことで、クアッドコプター、10歩先から紙を燃やす懐中電灯、炭酸飲料の缶ほどの大きさなのにシャギーカーペットのペットの毛を吸い込む携帯掃除機、バッテリー式自動車が突然登場したことを思い出せばよい。同じことがまた起こると想像すればよい。
    • なぜか頭の中では、キャビネットの引き出しを開けたときに車輪の代わりに磁気浮上を使って、完全に静かでバターのようになめらかに動く様子がずっと浮かんでいる。
      磁気浮上ベースのベアリングも良さそうだ。
    • 砂漠の太陽光エネルギーを運ぶのに使える。

  • “extraterrestrial super islands”という表現が何度も出てくるが、マイスナー効果の誤訳なのか気になる。いずれにせよ格好いい用語だ。

    • room-temperature superconductivityを誤訳したものだ。
      “super islands”はおそらく「超岛」から来た翻訳だろうが、これは「超导」、つまり超伝導と発音が同じだ。「室温」、つまり常温がどうして extraterrestrial になったのかは分からないが、音声認識モデルがものすごく悪かったようだ。もしかすると、室温（shi4wen1）→ shi4wai4 → 室外（outdoors）/世外（out of this world）→ extraterrestrial という流れだったのかもしれない。

  • 実際の動画はこちら: https://www.bilibili.com/video/BV1pM4y1p7u5
    短くまとめると、私は物理学者ではなく、科学情報の大半を英語で摂取しているので少し間違っているかもしれない。この物質は脆く、規則的な形に作るのが難しい。230K付近で奇妙な抵抗低下があるが、測定過程や装置によるアーティファクトかもしれない。8月1日にほぼゼロ抵抗のサンプルを見つけて大いに興奮し、さらに探し始めた。6個のサンプルをテストしたが、そのうち1個だけが110K以下でゼロ抵抗を示した。基本的に結果は決定的ではないが、有望だ。