- Araştırma ekibi, değiştirilmiş kurşun-apatit (lead-apatite) yapısındaki LK-99'un normal basınçta Tc ≥ 400K, 127°C gösteren bir oda sıcaklığı süperiletkeni olduğunu öne sürüyor
- Kanıt olarak sıfır direnç·Meissner etkisi ile birlikte kritik sıcaklık, kritik akım, kritik manyetik alan, XRD·XPS·EPR·ısı kapasitesi·SQUID analizleri sunuluyor
- Temel mekanizmanın, Cu²⁺'nin Pb²⁺ yerini alarak %0,48 hacim daralması oluşturması ve bu gerilmenin Pb(1) silindirik sütun arayüzünü bozarak bir süperiletken kuantum kuyusu (SQW) meydana getirmesi olduğu açıklanıyor
- İnce film örneklerinde 0.1µV/cm aralığında voltaj ve 10⁻¹⁰~10⁻¹¹Ω·cm düzeyinde özdirenç sunuldu; ayrıca 400K ve 3000Oe üzerinde bile 7mA kritik akımın kaldığı belirtildi
- Makalenin sonucu, LK-99'un oda sıcaklığı ve normal basınçtaki süperiletkenliğinin dış basınç ya da düşük sıcaklıktan değil, yapının içindeki mikro bozulma ve gerinimden kaynaklandığı yönünde
LK-99 için oda sıcaklığı ve normal basınçta süperiletkenlik iddiası
- Araştırma ekibi, normal basınçta çalışan bir oda sıcaklığı süperiletkeni sentezlediğini öne sürüyor
- Malzemenin adı LK-99
- Yapısı değiştirilmiş kurşun-apatit (lead-apatite)
- Kritik sıcaklık Tc ≥ 400K, yani 127°C ve üzeri olarak veriliyor
- Mevcut hydrogen sulfide ve yttrium super-hydride tabanlı oda sıcaklığı süperiletkenlerinin çok yüksek basınç gerektirdiği, bu yüzden gündelik cihazlarda uygulanmasının zor olduğu anlatılıyor
- LK-99, sıcaklık ve basınç sorununu kimyasal bir yaklaşımla çözmeye çalışan bir örnek olarak ele alınıyor
Süperiletkenliği değerlendirmek için kullanılan ölçümler
- Makale, LK-99'un süperiletkenliğini değerlendirmek için birden çok unsuru birlikte sunuyor
- Kritik sıcaklık (Tc)
- Sıfır direnç
- Kritik akım (Ic)
- Kritik manyetik alan (Hc)
-
Meissner etkisi
- XRD, XPS, EPR, ısı kapasitesi, SQUID analizleri
- Voltaj-akım ölçümleri 298K~398K aralığında 20K adımlarla yapıldı
- Ölçümler 10⁻³ Torr vakumda DC polarite değiştirme yöntemiyle gerçekleştirildi
- Bulk örneklerin özdirenci 10⁻⁶~10⁻⁹Ω·cm aralığında ölçüldü
- İnce film örnekleri, hassas cam plaka üzerine ısıl buharlaştırma süreciyle üretildi
- Ölçüm voltajı 0.1µV/cm aralığında
- Hesaplanan özdirenç 10⁻¹⁰~10⁻¹¹Ω·cm
- Makale, bu sonucun IEC standardındaki sıfır direnç koşulunu karşıladığını değerlendiriyor
400K'ye kadar süren manyetik ve akım özellikleri
- 10Oe manyetik alanda sıfır alan soğutma ve alan soğutmalı DC mıknatıslanma değerlerinin 400K'ye kadar negatif kaldığı sunuluyor
- Araştırma ekibi bunu, 400K'ye kadar süperiletken fazın var olduğuna kanıt olarak yorumluyor
- Kritik akımın 400K ve 3000Oe üzerinde de sıfır olmadığı ve değerin 7mA olduğu belirtiliyor
- Makale, bu sonuca dayanarak LK-99'un kritik sıcaklığının 400K'nin üzerinde olduğuna hükmediyor
- LK-99, polikristal formda sunuluyor
- Bulk örneklerdeki düzensiz direnç, tane sınırları, intergranular vortex flow ve free vortex flow ile ilişkilendiriliyor
- Ek materyallerde Josephson-benzeri olgular ve termoelektrik etki gözlemleri de yer alıyor
Yapısal analiz ve Cu yer değiştirme mekanizması
- XRD sonuçlarında LK-99'un polikristal olduğu ve ana piklerin kurşun-apatit yapısıyla iyi eşleştiği belirtiliyor
- Bir miktar Cu₂S safsızlığı da görülüyor
- Orijinal kurşun-apatitin kafes parametreleri a=9.865Å, c=7.431Å
- LK-99'un kafes parametreleri a=9.843Å, c=7.428Å ve hacim %0,48 azalmış
- Tahmini kimyasal formül Pb₁₀₋ₓCuₓ(PO₄)₆O, x=0.9~1.0
- Yapı, kurşun-apatitteki Pb(2) konumlarından yaklaşık birinin Cu(II) iyonuyla yer değiştirdiği şekilde açıklanıyor
- Cu²⁺ iyonunun boyutu 87pm, Pb²⁺ iyonunun boyutu ise 133pm
- Daha küçük Cu²⁺ yer değiştirmesinin hacim daralması yarattığı ve bu daralmanın ağ yapısında gerilim oluşturduğu yorumu yapılıyor
- Elektron yoğunluğu hesaplamaları ve XPS analizi, bu gerilmenin Pb(1) silindirik sütun yapısını etkilediği yorumuna götürüyor
- Pb(1) konumu a ekseni düzleminde hafifçe içe ya da dışa kayıyor
- Pb(1) üçgen yapısının bir katmanındaki mesafe 3.03340Å'dan 2.61815Å'a düşüyor
- Sonraki katmandaki mesafe 5.23476Å'a çıkıyor
- c ekseni yönündeki katmanlar arası mesafe 3.7140Å olup, kurşun-apatitteki 3.7153Å değeriyle neredeyse aynı
Süperiletken kuantum kuyusu (SQW) yorumu
- EPR sinyali, Si/SiGe gibi heteroyapı kuantum kuyuları, kuru durumdaki natural DNA ve Mg²⁺ katkılı α-Fe₂O₃ örneklerindeki biçime benzer şekilde sunuluyor
- Araştırma ekibi bu sinyali, kuantum kuyusundaki iki boyutlu elektron gazı (2-DEG) siklotron rezonans sinyali olarak yorumluyor
- Bu yoruma göre Pb(1) ile phosphate oksijeni arasındaki arayüzde süperiletken kuantum kuyusu (SQW) oluşuyor
- LK-99'un süperiletkenliğinin bu SQW ile derinden ilişkili olduğu özetleniyor
- Isı kapasitesi sonuçlarının da LK-99 süperiletkenliğini açıklayan yeni modele uyduğu belirtiliyor
- Nihai sonuç, arayüzdeki mikro bozulmuş yapıyı koruyabilen benzersiz yapı sayesinde LK-99'un oda sıcaklığı ve normal basınçta süperiletkenliğinin mümkün hale geldiği yönünde
1 yorum
Hacker News görüşleri
Makaledeki her şey doğru olsa bile, malzemenin mevcut hâliyle uygulama alanı sınırlı olabilir.
Verilen kritik manyetik alan ve kritik akım çok düşük görünüyor. 2500 Oe yaklaşık 0,25T eder; REBCO bile 77K’de 1T’nin üzerine çıkıyor. Üstelik 2500 Oe, kritik sıcaklıkta değil, çok daha düşük bir sıcaklıkta elde edilmiş bir değer.
Akım ölçümü için kullanılan numune boyutunu bulamadığım için kritik akım yoğunluğunu bilemiyorum; yaklaşık 300mA’lik bir akım tek başına pek anlamlı değil. Şimdilik büyük akımlar geçirmek zor görünüyor; güçlü mıknatıslar veya enerji hatları gibi oda sıcaklığında süperiletken devriminin tipik uygulamalarını yapmak zor görünüyor. Elbette malzemede küçük bir ayarlamayla yüksek J_c ve B_c elde edilebilir; gerçekten öyle olmasını umuyorum.
Saf olmayan süperiletken numuneler, süperiletken bölgelerle süperiletken olmayan bölgelerin karıştığı süngerimsi bir hâle kolayca dönüşür; gerçekten de akımı taşıyan kesit %25 bile olmayınca kritik akım sınırlanır. Eskiden YBCO’yu kendim yaptığımda da çoğu numune böyleydi; arada bir iyi numuneler çıkardı.
YBCO tek kristal büyütme patenti de var: https://patents.google.com/patent/US6046139A/en
Makalenin 7. sayfasındaki numune fotoğrafına bakınca gerçekten süngerimsi bir kütle gibi görünüyor. Nobel’lik bir sünger kütlesi olabilir, ama yine de sünger. Daha iyi kristal büyütme yöntemleri ortaya çıkarsa değerlerin iyileşeceğini düşünüyorum.
Bir kez mümkün olduğu doğrulanırsa optimizasyon çok uzun sürmeyebilir. Transistörler de bir zamanlar dev gibiydi, şimdi nanometre ölçeğindeler; güneş pilleri sürekli iyileşti, piller de eskisine göre daha ucuz ve daha iyi hâle geldi.
Birkaç yıl boyunca bilim meraklılarının haberlerinde büyük konuydu; genel okuyucuya yönelik New Scientist’te de heyecanlı yazılar yayımlanmıştı. Füzyon hâlâ 50 yıl uzaktaydı ama oda sıcaklığında süperiletkenler birkaç yıl içinde gelecekmiş gibi görünüyordu; tabii öyle olmadı.
1980’lerin ortalarından sonlarına doğru Oxfordshire’daki özel okulda okurken fizik kulübüyle Culham’a geziye de gitmiştik; Culham fizikçileri okula gelip dersler de vermişti. Şimdi düşününce inanılmaz bir ayrıcalıkmış. Artık 53 yaşıma gelince bazı işlerin gerçekten çok zaman gerektirdiğini daha iyi anlıyorum.
Antenlerde, iletim hatlarında ve ayarlı kavitelerde de kullanmak isterim. Çok düşük frekans (VLF) bandında çoğu zaman çok uzun iletkenler gerekir; savunma bütçeniz yoksa direnç yüzünden verim ciddi biçimde düşer. Süperiletkenler bunu çözebilir.
[1] https://en.wikipedia.org/wiki/SQUID
[2] https://en.wikipedia.org/wiki/Aharonov%E2%80%93Bohm_effect
[3] https://en.wikipedia.org/wiki/Longitudinal_wave#Electromagne...
[4] https://en.wikipedia.org/wiki/Superconducting_radio_frequenc...
[5] https://en.wikipedia.org/wiki/Very_low_frequency#Amateur_use
İlgili makalenin[1] yazarlarından biri olan Hyun-Tak Kim’in hakemli dergilerde çok sayıda makalesi var[2] ve 1500’den fazla atıf alan bir makalesi de bulunuyor[3]
Nerede bir tuzak var bilmiyorum ama epey meşru görünüyor. Önceki iddialar gibi yeniden üretmek için karmaşık ekipman gerektirmiyor; bu sentez de çok basit göründüğünden diğer araştırmacıların sonuçları yakında gelir gibi
Asıl şaşırtıcı olan havalanmasının kendisinden çok, gerçekten oda sıcaklığı ve atmosfer basıncında süperiletken olup üretmesi de kolaysa dünyayı ne kadar değiştireceği. Gerçek olamayacak kadar iyi
İlgili makaledeki[1] üretim yöntemi oldukça basit; Amazon’da satılan 200 dolarlık ev tipi metal eritme fırını ve öncüllerle evde bile yapılabilir görünüyor
Doğruysa Hackaday veya YouTube tarafındaki zeki insanların bunu birkaç gün ya da hafta içinde yeniden üretmesini beklerim
Gerçekse enerji iletimi ve üretiminde bariz kazanımlar var; oda sıcaklığında süperiletkenler olursa mühendislik uygulamalarının patlama yapma ihtimali büyük. Lityum iyon pillerin toplum genelinde enerji kullanımını yavaş yavaş değiştirmesine benzer ama daha hızlı olabilir. Yeniden üretilebilmesini umuyorum
[1] https://arxiv.org/pdf/2307.12037.pdf sayfa 3
Yeniden üretmeyi başarmaktan çok kendi arazinizi ve komşularınızın arazisini kirletme ihtimaliniz daha yüksek
Kardeş makalede[0], Meissner etkisi sayesinde bir mıknatısın üzerinde duran malzemenin fotoğrafı var ve video da olduğu iddia ediliyor
Ya fotoğraf bariz biçimde Photoshop’lanmış ya da gerçekten oda sıcaklığında süperiletken üretmişler gibi görünüyor. Oda sıcaklığında manyetik levitasyonun olup da süperiletken olmayan ince bir hatayla açıklanmasını pek hayal edemiyorum
[0] - https://arxiv.org/abs/2307.12037
Biri lütfen heyecanımı biraz yatıştırsın. Aşırı heyecanlıyım
Yine de videoda süperiletkenin bakır üzerine ince film olarak kaplandığı söyleniyor; saf bakır da girdap akımları nedeniyle benzer bir etki gösterebilir diye düşünüyorum. Bu deneyde ince filmin levha üzerinde nasıl bir etkisi olduğunu tam bilmiyorum; bir şeyi kaçırıyorsam biri açıklasın isterim
Bu, düşündüğümüzden epey daha büyük bir olay olabilir
Özette “LK-99’un süperiletkenliği, hafif bir hacim büzülmesinden kaynaklanan mikroskobik yapısal bozulmadan doğar” deniyor
Daha önce de soğutma vb. ile atomik yapı düzeninin değişmesinin süperiletkenliği nasıl etkilediğine dair çalışmalar vardı. Araştırmacılar, soğuk durumdaki süperiletken aralıklarını ısıtma sonrasında da korumaya çalışmış gibiydi. Bu çalışma o araştırmayla aynı çizgide görünüyor; ama tekrar bulamadım, yanılıyorsam düzeltin
Hâlâ ele alınması epey kırılgan ve zahmetli olabilir, ama olasılık gerçek gibi görünüyor
https://news.ycombinator.com/item?id=36479776
Ya bir süperiletken üretmişler ya da verileri açıkça manipüle etmişler; aksi hâlde böyle grafiklerin nasıl ortaya çıkacağını bilmiyorum. Muazzam bir olay olabilir
Yeniden üretilebilirse tarihî bir olay; üretilemezse soğuk füzyon ya da ışıktan hızlı nötrino vakası gibi olur
Süperiletkenlik araştırmacılarının bu yorum zincirini okumaya değer: https://www.reddit.com/r/worldnews/comments/159g2k4/comment/...
Makalede çok sayıda sorun olduğunu ve mevcut süperiletkenlik araştırması standartlarının gerisinde kaldığını söylüyorlar. Hatta içlerinden biri Dias’ın çalışmasının bundan daha makul göründüğünü bile söylemiş
Bağlantının kopup tam da uygun biçimde yeniden kurulmuş olması pek olası görünmüyor. Yine de hâlâ oldukça şüpheciyim
Doğruysa muazzam bir olay. Kimya uzmanı değilim ama sentez temelde önemsiz görünüyor. Tabii 10e-5 torr vakumu önemsiz sayarsanız; malzemeler de kolayca bulunabilecek standart metaller gibi duruyor
Açıklamaya bakılırsa evde bile yapılabilecekmiş gibi. Arama uzayı hayal edilemeyecek kadar büyük olduğundan böyle bir maddenin var olma ihtimali elbette var, ama makalenin kalitesi başlı başına sevindirecek düzeyde değil
Gerçek malzeme bilimciler değerlendirene ya da başka biri yeniden üretene kadar sağlıklı şüpheciliğimi koruyacağım
Hatta normalde gereken akan oksijen atmosferinde dikkatli, yavaş tavlama da yok gibi görünüyor. Daha basit yöntemlerin de mümkün olması şaşırtıcı olmaz
Örneğin YBCO için hızlı sentez yöntemlerinden birinde küçük bir alümina tekne, cam yünü, ev tipi 800W mikrodalga fırın ve biraz değiştirilmiş bir öncül karışım kullanılıyor. Isıtma sırasında karışımdan oksijen çıkıyor ve numunenin çevresindeki cam yününde hapsolduğu için oksijen yoğunlaştırıcı bağlamak gerekmiyor. Hatırladığım kadarıyla numune hazırlığı yalnızca 15 dakika kadar sürüyordu
Gerçekten heyecan verici. Yıllardır süperiletken üretimi ve testleri üzerine yüzlerce makale okudum; en azından yurttaş çılgın bilim insanı bakış açısından meşruiyet belirtilerinin hepsine sahip görünüyor
10e-5 vakuma da mekanik pompayla desteklenen bir turbo pompayla kolayca ulaşılabilir; özel ya da pahalı bir ekipman değil
İş yerindeki elektron ışınlı kaynak makinesi, E-gun odasında sadece küçük bir turbo pompa ya da difüzyon pompasıyla gün boyu 10E-6/10E-7 seviyesini koruyor. Oda da özel bir malzemeden değil; paslanmaz çelik veya alüminyum ve Viton O-ring gibi şeyler
İş yerindeki elektron ışınlı kaynak makinesi, E-gun odasında sadece küçük bir turbo pompa ya da difüzyon pompasıyla gün boyu 1E-6/1E-7 seviyesini koruyor. Oda da özel bir malzemeden değil; paslanmaz çelik veya alüminyum ve Viton O-ring gibi şeyler
Kendi küçük e-gun deneyimde yalnızca Alcatel Pascal 2008 kullanarak yaklaşık 3E-3’e kadar ulaştım. Şimdi VHS4 difüzyon pompası ve cold trap eklenmiş daha büyük bir sistem kuruyorum; kolayca -6 aralığına girecek gibi
İlginç bir makale. Umarım 2020’de oda sıcaklığında süperiletken iddiasında bulunup daha sonra sahte olduğu ortaya çıkan diğer ekiple aynı şekilde gelişmez
https://www.nature.com/articles/d41586-023-02401-2
Bu iddia ise anlaşılması çok basit ve süperiletkenlikle de son derece tutarlı. Normal basınç ve sıcaklıkta makroskopik ölçekte olgu görülüyor; süperiletkenlik yoksa anlam verilemeyecek bir video da var ve en önemlisi malzemenin üretim yöntemi çok basit
Dünyanın dört bir yanındaki laboratuvarlar için yeniden üretmesi zor olmayacaktır; birçok YouTuber da bunu yeniden üretebilir. Yani bu sonuç sahte olabilir, ama bunun için sonuçların, videonun ve fotoğrafların tamamının uydurma olması gerekir. Ayrıca yeniden üretimi o kadar kolay ki çok hızlı biçimde ortaya çıkar
Doğruysa, çoğu kişi malzeme tedarik süresi nedeniyle bunu birkaç hafta içinde yeniden üretebilir. Makale olarak yayımlanması daha uzun sürer, ama YouTuber’lar daha hızlı olabilir. Ancak iki yıl sonra sahte olduğunu öğrendiğimiz bir durum olmayacak; en fazla birkaç ay içinde YouTuber’ların yeniden üretip üretemediğini anlayacağız, bir yıl içinde de laboratuvarlarda yeniden üretilebilir olup olmadığı ortaya çıkacaktır
Makaleye göz gezdirince, bu alanda hiç uzmanlığım olmamasına rağmen resmi bir makale gibi okunuyor.
Yalnız LaTeX değil Word ile yazılmış olması biraz daha az inandırıcı hissettiriyor; deney düzeneğinde hata olma ihtimali de elbette var.
En göze çarpan nokta, bunun ince filmde gerçekleştiği; yapısal kusurların malzemede deformasyon oluşturduğu ve bu deformasyonun süperiletkenliği mümkün kıldığı açıklaması. İnce film olduğundan mı bilinmez, 25°C’de yalnızca yaklaşık 250mA’ya dayanıp süperiletkenliğini kaybetmiş. Makale doğru olsa bile daha yüksek akımlara çıkmak zor olabilir. Ya da belki geniş bir ince filmi sararak istenen miktarda akım geçirilebilir.
Düzeltme: İnce film kısmını yanlış okumuşum. İnce film de üretmişler, ancak esas anlattıkları test malzemesi “reaksiyondan sonra koyu gri bir külçenin tekrarlanabilir biçimde elde edildiği ve elektrik ölçümleri için ince dikdörtgenler prizması biçimine getirildiği” şeklinde; boyutları hemen bulamadım.
Süperiletkenlerde manyetik alan·sıcaklık·akım tarafından paylaşılan bir bütçe[1] vardır. 25°C’de malzeme kritik sıcaklığa yakın olduğundan akım taşıma kapasitesinin düşmesi doğal. Daha düşük sıcaklıklarda ince filmin daha fazla akım taşıyabilmesi gerekir.
Yine de süperiletken CPU yapmayı düşünüyorsanız 250mA yeterli bir akımdır.
[1] http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/Solids/scbc2.html
Makaleyi okuduktan sonra ekleyeyim: Yaklaşık 126°C gibi çok yüksek bir kritik sıcaklık iddia ediyorlar. Şekil 1e’de sıcaklığa bağımlılık görülebiliyor; beklediğimden çok daha fazla kritik sıcaklıktan uzakta ve oda sıcaklığında az miktarda soğutma bile büyük etki yaratıyor gibi görünüyor. Tekrarlama girişimlerini büyük merakla bekliyorum. Ancak bu madde özünde iki boyutlu moleküle yakın görünüyor. On yıllardır graphene’e umut bağladık ama hâlâ ölçeklenebilir bir sürece entegre edemedik.
Daha ilginç olan esneklik. Mevcut sıvı azotla soğutulan seramik süperiletkenler hiç esnek değil ve kolayca kırılıyor. İletim hatları için uygun olabilir ama çeşitli bobinlerde işi zorlaştırır.
Güncelleme: Makaleye göre cevap “evet”. “Süperiletken-normal metal-süperiletkenin underdamped eklemlerinde veya taneler arası bağlı süperiletkenlerde Josephson benzeri olgu ve taneler arasında ya da iç ağda termoelektrik etki de gözlemlendi” deniyor.