2023年12月18日 星期一
2023年11月7日 星期二
Chemists Online Self-study Award Scheme (Bronze awards)
Sit Shing Him and Li Chi Yan recently received their bronze awards from the Chemists Online Self-study Award Scheme. Congratulations!
2023年10月5日 星期四
The Nobel Prize in Chemistry 2023
The Nobel Prize in Chemistry 2023 was awarded to Moungi G. Bawendi, Louis E. Brus and Alexei I. Ekimov "for the discovery and synthesis of quantum dots"
2023年8月21日 星期一
權威期刊《Nature》刊文直指「LK-99不是超導體」，為什麼一開始大家認為它是？
Q1：LK-99是什麼？為什麼大家一開始認為它是室溫超導體？
LK-99是一種由銅、鉛、磷和氧組成的化合物。一開始，韓國研究團隊宣稱LK-99在常壓和高達127ºC的溫度下表現出超導性質—零電阻與麥斯納效應（Meissner effect）。這個結果引起全球關注，因為之前的超導態只在極低的溫度和或極高的壓力下存在。
Q2：什麼是麥斯納效應？LK-99有這種效應嗎？
當材料處於超導態時，會完全排斥磁場，這就是麥斯納效應。所以當超導體放在磁鐵上時，超導體變成一個極性相反的磁鐵來抵銷內部磁場，導致超導體可以懸浮在磁鐵上。韓國的研究團隊曾拍攝了一段影片，顯示一個硬幣大小的LK-99樣本在懸浮在磁鐵上，但是有一端是貼著磁鐵的，他們說這是麥斯納效應造成的磁懸浮。
Q3：LK-99如果能磁懸浮的話，那不就是超導的佐證嗎？
老實說那個磁浮有點半弔子，超導體在磁鐵上懸浮時可以旋轉，甚至上下翻轉；而LK-99樣本的某一邊總是黏附在磁鐵上，看起來似乎處於微妙的平衡狀態。
此外，並不只有超導體才會有磁懸浮的現象，「逆磁性」材料也會有，只要外加磁場夠強的話，連青蛙都可以浮起來。不只如此，有一位哈佛大學的前凝態物理研究人員（目前改行去金融業了）利用碳粉加上一點鐵屑，壓製了一片形狀類似的樣品，放在磁鐵上也可以懸浮得起來，而且那個樣子跟LK-99的懸浮方式幾乎一模一樣，這次的樣品是「鐵磁性」材料。
Q4：那LK-99電阻在攝氏一百多度時像超導轉變一樣突然下降，要怎麼解釋呢？
雖然韓國研究團隊觀察到LK-99在此溫度下的電阻急遽下降，電阻率從0.02 Ω‧cm 降了10倍變成0.002 Ω‧cm，但畢竟沒有到零。此外，其他研究團隊發現，由於論文中LK-99的製程採用的銅與硫的比例並不平衡，導致最後的樣品出現了硫化亞銅（Cu2S）的雜質。硫化亞銅在104ºC時會發生相變，讓電阻大幅下降，讓LK-99的電阻量測看起來有點像超導相變，但並不是。
所以，其他團隊都無法重現LK-99的超導性，原始論文所說類似超導體的抗磁性與電阻下降，都可以用其他的更常見的材料特性來解釋。
Q5：其他團隊無法重現，是否也有可能是因為樣品沒做好的關係？
在8月14日，德國的Max-Planck固態研究所的科學家長出了完美的LK-99的單晶，裡面完全沒有硫化亞銅的雜質，量測的結果顯示它是個電阻超級高的絕緣體，帶有微弱的鐵磁性以及逆磁性，跟超導體截然不同。
Q6：可是不是有理論顯示，LK-99的能帶結構可能具有超導體的特徵嗎？
能帶結構（Band structure）是什麼？
又稱電子能帶結構，描述了禁止或允許電子所帶有的能量。材料的能帶結構決定了多種特性，特別是它的電學、光學和熱學性質。
那篇論文有說要在材料結構符合某些條件才行，不過根據美國與歐洲的合作團隊對材料結構進一步研究，重新計算能帶之後發現，這些條件是不成立的。
Q7：LK-99的一生，給我們的教訓是什麼？
科學家們在發表重要發現之前先別興奮過度，必須進行徹底、詳細的實驗驗證。此外，要避免一廂情願的解釋成「石破天驚的大發現」，有時對於實驗結果有更簡單、更直接的解釋，可能才是真相，雖然這種解釋比較不吸引人，也無法讓你拿到諾貝爾獎。最後，科學的「可再現性」依然是重中之重的金科玉律。
Q8：最最最後，難道一點救也沒了嗎？
新穎的材料，特別是新超導體的研究，老實說比起煉金術也好不到哪裡去，「超級純的單晶樣品」不見得是最好的答案。像是在前一代的「高溫超導體」中，也是高純度、無摻雜的材料是絕緣體，必須摻入雜質才會超導。所以或許LK-99會在某種「不怎麼乾淨的結構」下超導也說不定。材料的結構千變萬化，我們很難說「百分之百怎樣」，不過現在看起來，可能性是很低很低啦……
Q9：常溫超導體，真的是遙不可及的夢想嗎？
不會啊，接下來是太空時代，在接近絕對零度的太空中，幾乎所有的超導體都是「常溫超導體」了！超導轉變溫度上不去，把「常溫」降下來就好了嘛！
https://www.thenewslens.com/article/190538
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