Überarbeiteter LK-99-Preprint 2 zu Supraleitern bei Raumtemperatur und Normaldruck

 (arxiv.org)
1 Punkte von GN⁺ 2023-08-02 | 1 Kommentare | Auf WhatsApp teilen
  • Im Kontext der seit mehr als 110 Jahren andauernden Suche nach Raumtemperatur-Supraleitern behauptet dieser Preprint, dass das Cu-dotierte Bleipatit LK-99® Supraleitung bei Raumtemperatur und Normaldruck zeigt
  • Die Materialzusammensetzung ist Pb10-xCux(PO4)6O(0.9<x<1.1); synthetisiert wurde es per Festkörpermethode, indem zunächst Lanarkit und Cu3P hergestellt und anschließend in einem evakuierten Quarzrohr 5 bis 20 Stunden bei 925°C erhitzt wurden
  • Die XRD-Interpretation geht davon aus, dass Cu Pb-Plätze ersetzt, die Gitterkonstanten kleiner werden und sich das Volumen um 0,48 % zusammenzieht, was mit einem Isolator-Metall-Übergang verknüpft wird
  • Bei magnetischer Suszeptibilität und Schwebeexperimenten zeigten die Proben 2, 3 und 4 Diamagnetismus und unvollständiges Schweben; die Autoren deuten dies als Hinweis auf das Vorhandensein einer supraleitenden Phase
  • Die Widerstandsmessung zeigte bei Probe 2 nahe Tc=104,8°C(377,95K) einen Widerstandssprung sowie unterhalb von Tc einen Bereich mit nahezu 0 Widerstand; die Autoren werten dies als Beleg für einen s-wave-Supraleiter

Behauptungen zu LK-99® und Materialzusammensetzung

  • LK-99® ist ein Material mit modified-lead apatite-Kristallstruktur; die Zusammensetzung ist Pb10-xCux(PO4)6O, mit einem x-Bereich von 0.9<x<1.1
  • Die Autoren behaupten, dass dieses Material oberhalb von Tc auf Basis von Pb(6s1) ohmische Metall-Eigenschaften zeigt und unterhalb von Tc bei Raumtemperatur und Normaldruck durch den Meissner-Effekt Schweben zeigt
  • Für LK-99®-Proben wird ein Tc von über 126,85°C(400K) angegeben
  • Die Möglichkeit eines Tc bei Raumtemperatur wird mit zwei Strukturänderungen verknüpft
    • Beim Ersetzen von Pb durch Cu tritt ein Isolator-Metall-Übergang (IMT) auf und es kommt zu einer Volumenschrumpfung
    • Die eindimensionale Kettenstruktur Cu2+(3d9)−O1/2−Cu2+(3d9) entlang der c-Achse wird verformt, wodurch die on-site abstoßende Coulomb-Wechselwirkung verstärkt wird
  • Der Mechanismus für Tc bei Raumtemperatur wird mit der 1-D BR-BCS-Theorie diskutiert

Kontext der Suche nach Raumtemperatur-Supraleitern

  • Seit der Entdeckung der Supraleitung durch Onnes im Jahr 1911 sind Raumtemperatur-Supraleiter mit elektrischem Widerstand 0 seit mehr als 110 Jahren ein zentrales Forschungsziel
  • Als Vergleichsbeispiele werden Cuprat-Supraleiter über 40K im Jahr 1986, das H2S-Hydrid mit Tc≈203K bei 155GPa im Jahr 2015 und das stickstoffdotierte Lutetiumhydrid mit Tc 294K bei 10kbar im Jahr 2023 erwähnt
  • Die BCS-Theorie wurde 1957 eingeführt, und die BR-BCS-Theorie, die Tc oberhalb der Raumtemperatur behandelt, wird als 2021 entdeckt beschrieben
  • Die Autoren sehen den Schlüssel zur Entdeckung eines Raumtemperatur-Supraleiters darin, das Auftreten einer metallischen Phase durch einen Isolator-Metall-Übergang bei Temperaturen oberhalb der Raumtemperatur zu beobachten
  • Der Preprint behandelt die Synthesemethode für Cu-dotierte Lead-Apatite-Supraleiter, Schwebeexperimente, 0-Widerstandseigenschaften, den IMT-Mechanismus ohne strukturellen Phasenübergang, das Phasendiagramm und einen auf BR-BCS basierenden Mechanismus für Raumtemperatur-Supraleitung

Syntheseverfahren auf Basis der Festkörpermethode

  • Die Probenherstellung erfolgte per Festkörpermethode unter Verwendung von PbO, PbSO4, Cu, P als Ausgangsmaterialien
  • Die Synthese besteht aus drei Schritten
    • Schritt 1: PbO- und PbSO4-Pulver werden zu je 50 % gemischt, in einen Keramiktiegel gegeben und 24 Stunden bei 725°C an Luft erhitzt, um Lanarkit Pb2(SO4)O zu erhalten
    • Schritt 2: Cu- und P-Pulver werden entsprechend dem Stoffmengenverhältnis gemischt, in einem Quarzrohr bei 10^-3 torr Vakuum versiegelt und 48 Stunden bei 550°C erhitzt, um Cu3P-Kristalle herzustellen
    • Schritt 3: Lanarkit und Cu3P-Kristalle werden zerkleinert, zu Pulver verarbeitet, in einem Quarzrohr bei 10^-3 torr Vakuum versiegelt und 5 bis 20 Stunden bei 925°C erhitzt
  • Als Endprodukt entsteht Pb10-xCux(PO4)6O; das in PbSO4 enthaltene Schwefel-Element verdampft laut Beschreibung während der Reaktion

Kristallstruktur und Volumenschrumpfung

  • Das hergestellte Pulver wurde mittels X-ray diffraction(XRD) und Daten-Fitting auf Kristallinität und Struktur analysiert
  • Probe 1 zeigt mehrere XRD-Peaks und wird als polykristallines Material interpretiert
  • Das XRD-Muster stimmt weitgehend mit modified-lead apatite überein, einige Peaks verschieben sich jedoch zu größeren Winkeln, und neue Peaks treten ebenfalls auf
    • Die Autoren interpretieren diese Peak-Verschiebung als Beleg für Änderungen der Gitterstruktur und verringerte Gitterkonstanten
  • Probe 1 besitzt eine hexagonale Struktur vom Typ P63/m, 176 mit den Gitterkonstanten a=9.843Å, c=7.428Å
    • Zum Vergleich hat Lead Apatite die Gitterkonstanten a=9.865Å, c=7.431Å
    • Durch das Ersetzen von Pb(M1) durch Cu(M2) soll sich das Volumen von Probe 1 um 0,48 % verringert haben
  • Pb10(PO4)6O ist ein Isolator, während das Cu-dotierte LA Pb10-xCux(PO4)6O laut Beschreibung bei Raumtemperatur supraleitend und oberhalb von Tc metallisch ist

Meissner-Effekt, Schweben und Widerstandsmessung

  • Für Probe 2 und Probe 3 wurde von -73,15°C(200K) bis 126,85°C(400K) die diamagnetische ZFC/FC-Suszeptibilität gemessen
    • Probe 2 ist eine in einem Quarzgefäß unter Bedingungen niedriger Dotierung von Bleipatit erhaltene Probe
    • Probe 3 wurde mit Ausgangsmaterialien höherer Reinheit hergestellt
  • Das Verhältnis der Suszeptibilität zum diamagnetischen Wert von Graphit bei 20°C beträgt etwa 5450 bzw. 22,7
    • Die Autoren meinen, dieses große Verhältnis lasse sich kaum anders als durch das Vorhandensein einer supraleitenden Phase erklären
  • Probe 4 ist eine wärmebehandelte Probe von Probe 2 und soll bei Raumtemperatur und Normaldruck unvollständiges Schweben gezeigt haben
  • Die Resistivität von Probe 2 wurde im 4-probe-Verfahren bei 30mA gemessen; nahe Tc=104,8°C(377,95K) tritt ein Widerstandssprung auf
    • Oberhalb von Tc zeigt sich eine lineare metallische Eigenschaft, die aus dem IMT hervorgeht
    • Unterhalb von Tc erscheint unter etwa 60°C ein Bereich, der einschließlich rauschartiger Signale als 0-Widerstand interpretiert werden kann
    • Im Bereich von etwa 60°C bis 90°C steigt der Widerstand mit zunehmender Temperatur monoton an, was als Hinweis auf den Kollaps der supraleitenden Energielücke gedeutet wird
    • Im Bereich von etwa 90°C bis Tc ist die Widerstandsänderung nicht klar, doch dσ/dT soll in der letzten Phase des Kollapses der Energielücke schwanken
  • Der 0-Widerstandsbereich entspricht in Kelvin etwa 88 %(333K/378K) von Tc und wird im Vergleich zu etwa 30 % bei typischen Niedertemperatur-Supraleitern als ungefähr dreimal größer beschrieben
  • Die Autoren interpretieren das Vorhandensein des 0-Widerstandsbereichs als Hinweis auf einen s-wave-Supraleiter im Gegensatz zu einer dx2-y2-Pairing-Symmetrie mit Knoten
  • Die I-V-Kurve von Probe 1 zeigt oberhalb von Tc die lineare Eigenschaft eines Metalls; mit steigender Temperatur nimmt der Tc-Strom ab
  • In der bei 25°C auf logarithmischer y-Achse analysierten I-V-Kurve wurden Bereiche beobachtet, in denen beim Überschreiten bestimmter Stromschwellen durch Joule heating die supraleitende Energielücke aufbricht und der Widerstand ansteigt

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1 Kommentare

 
GN⁺ 2023-08-02
Hacker-News-Meinungen
  • https://www.bilibili.com/video/BV14p4y1V7kS/
    Laut dem neuesten Update wurde an einer sehr kleinen LK-99-Replikatprobe Diamagnetismus bestätigt. Der Autor postete, dass der Postdoktorand Hao Wu und der Doktorand Li Yang unter Anleitung von Professor Haixin Chang von der Huazhong University of Science and Technology erstmals einen LK-99-Kristall verifiziert hätten, der bei Raumtemperatur mit einem größeren Schwebe-Winkel als Sukbae Lees Probe magnetisch schwebt; man erwarte, damit das Potenzial kontaktloser supraleitender Magnetschwebung bei Raumtemperatur zu realisieren.
    In einem weiteren Update heißt es, das zweite Video zeige, dass es sich nicht um Paramagnetismus handle.
    https://www.bilibili.com/video/BV13k4y1G7i1/
    • Allein nach der Videoqualität zu urteilen, könnte dieses LK-99 die beste Nerd-Köder-Aktion dieses Jahrzehnts sein.
    • https://targum.video/v/2023/8/1/2534a4408ccce9c13a811e94f16d1543/
      Das ist eine Targum-Übersetzung. Den Kommentaren und dem Video nach zu urteilen, scheint behauptet zu werden, dass Partikel im Mikrometerbereich geschwebt hätten; ob das gefälscht ist, weiß ich aber nicht.
    • Dutzende Kommentare fliegen direkt über das Video hinweg; ich verstehe nicht, was man da überhaupt erkennen soll.
    • Wenn jemand das Preprint dieser Gruppe sieht, wäre es gut, es zu teilen.
  • Das von Griffin aus den Livermore Labs veröffentlichte Preprint liefert eine theoretische Erklärung für die Supraleitfähigkeit von LK-99 und erklärt auch, warum Labore Schwierigkeiten mit der Synthese haben.
    In der Kristallstruktur gibt es zwei Pb-Positionen, an denen Cu substituiert werden kann; die energetisch niedrigere Position bewirkt nichts, während die energetisch höhere Position die Supraleitfähigkeit erzeugt.
    https://arxiv.org/pdf/2307.16892.pdf
    Abschließend legen die hier vorgestellten Berechnungen nahe, dass bei einer Cu-Substitution an der passenden Pb(1)-Position ein sehr flaches, isoliertes d-Mannigfaltigkeitsband sowie die Möglichkeit fluktuierender Magnetismus-, Ladungs- und Phononen-Effekte auftreten — zentrale Merkmale von Hochtemperatur-Supraleitfähigkeit. Erfolgt die Substitution dagegen an der anderen Pb(2)-Position, zeigt sie trotz ihrer niedrigeren Energie diese Eigenschaften nicht; das deutet darauf hin, dass für den Erhalt einer supraleitenden Bulk-Probe eine Syntheseherausforderung besteht, bei der Cu an die richtige Position gelangen muss.
    • Als völliger Laie frage ich mich: Sind supraleitende Eigenschaften alles oder nichts?
      Wenn man das Material falsch synthetisiert, sollte man dann „ein wenig“ Supraleitfähigkeit erwarten, also etwa einen sehr niedrigen, aber nicht null betragenden Widerstand, oder wird es nur dann supraleitend, wenn alles exakt stimmt, und hat sonst normalen Widerstand? Außerdem wirkt in der Physik ein Wert von null praktisch fast unmöglich; ist Supraleitfähigkeit wirklich exakt 0,0000…, oder ist sie nur so nahe an null, dass sie sich wie Nullwiderstand verhält, obwohl tatsächlich ein winziger Widerstand vorhanden ist?
    • Aus Sicht der Synthese frage ich mich, was das bedeutet. Muss man es extrem oft versuchen und Glück haben, oder gibt es Methoden, die Positionssubstitution zu steuern?
  • Ich habe in Materialwissenschaften promoviert und mit Supraleitern gearbeitet; zwei Dinge werden häufig missverstanden.
    Erstens: Einen Supraleiter herzustellen und zu messen, können auch Studierende im Grundstudium, aber ihn zu erklären, erfordert jemanden auf Nobelpreisträger-Niveau. Zweitens: Theoretisch kann man Verbesserungen erzielen, wenn man den Mechanismus versteht, aber in der Materialwissenschaft kommt man fast immer allein durch Trial and Error zu guten Ergebnissen. Unterm Strich ist der Effekt wahrscheinlich echt, die Erklärung aber wahrscheinlich nicht.
    • Ein weiteres Beispiel für die Taleb-artige Idee, dass das Experiment zuerst kommt und die Theorie danach. Universitäten tun so, als wäre es umgekehrt, aber abgesehen von Ausnahmen wie Einstein ist das meistens nicht der Fall.
    • Selbst wenn man annimmt, dass es keine Supraleitfähigkeit ist: Ich frage mich, ob die Größe des Diamagnetismus an sich neu oder interessant ist, auch wenn sie nicht gleich die Welt verändert.
    • Ich habe ebenfalls in Materialchemie promoviert und stimme vollkommen zu. Ich verfolge Supraleiter-Paper recht aufmerksam, und dies ist die einzige Raumtemperatur-Behauptung, bei der ich Freunden gesagt habe: „Das könnte echt sein.“
      Die Vorstellung, ein Elektronenspinresonanzgerät wie einen Strand-Metalldetektor zu benutzen, ist so komisch, dass es geradezu echt sein muss.
    • Ich habe gelesen, dass auch die Entwicklung der Legierung für den oxidatorseitigen Vorbrenner des SpaceX-Raptor-Triebwerks, also die Lösung des zentralen Engpasses bei der Vollstromverbrennung, kein „Aha“-Moment war, sondern wiederholtes Trial and Error. Materialwissenschaft wirkt wirklich knallhart.
    • Der erste Satz ist mehrdeutig. So wie er jetzt formuliert ist, frage ich mich, ob gemeint ist, dass etwas erst hergestellt werden muss, bevor man es erklären kann, oder ob es ein Tippfehler ist und „und ein Nobelpreisträger erklärt es“ heißen sollte.
  • Die Entwicklungen rund um LK-99 sind interessant, aber es ist schade, dass die Hype-Händler auf Twitter die Erzählung an sich gerissen haben. Erst war es KI, jetzt auch noch Supraleitfähigkeit — offenbar gibt es dort jede Geschmacksrichtung.
    Man sollte nicht vergessen, dass auch Wissenschaftler Menschen sind und auf einen angesagten Claim aufspringen können, um ihren Namen bekannt zu machen. Ich bin kein Experte, aber diese Videos wirken überhaupt nicht besonders überzeugend, und auch das Paper, das LK-99 simuliert, ist letztlich nur eine Simulation; durch Manipulation der Parameter lässt sich fast jedes Ergebnis herbeiführen.
    • Elon Musk dürfte sich dieser Tage ziemlich besser fühlen, weil bestätigt wurde, dass Twitter noch relevant ist.
  • Um die Frage „Was würde es bedeuten, wenn es echt ist?“ zu beantworten: Das wäre eine Basistechnologie, die andere Technologien und Fortschritte hervorbringt, die wir heute noch nicht vorhersagen können.
    Wenn man Effizienz, Stromverbrauch und Zuverlässigkeit heutiger Quantencomputer auch nur um eine Größenordnung verbessern könnte, könnte allein das technologische Entdeckungen in anderen Bereichen vorantreiben und eine selbstverstärkende Entwicklungsschleife erzeugen. Es geht nicht nur um Züge oder Chips, sondern um das Problemlösungspotenzial, das dieses Material bieten könnte, indem es Technologien verbessert, die schwer herzustellen und zu warten sind. Was wäre zum Beispiel, wenn man herausfindet, dass für telepathische Kommunikation über eine präfrontale Platte ein Raumtemperatur-Supraleiter in Keramikform nötig ist? Das ist Science-Fiction, aber wenn man Problemlösungsmaschinen berücksichtigt, deren Fähigkeit zur Problemerkennung weit über die des menschlichen Gehirns hinausgeht, weiß man wirklich nicht, was dabei herauskommen könnte.
  • Was ich in einem anderen Thread geschrieben habe, ist auch hier relevant. Das erste Supraleiter-Paper scheint von einem eigenmächtig handelnden Forscher ohne Zustimmung der beiden anderen Autoren oder der LK-99-Gruppe veröffentlicht worden zu sein; deshalb musste die LK-99-Gruppe offenbar hastig ein offizielles Paper herausbringen und dabei Qualität opfern.

Die LK-99-Gruppe veröffentlichte eine Woche später, an einem Samstag, v2; weitere Updates sind möglich. Im Kontext einer vorzeitigen Veröffentlichung lassen sich viele der Merkwürdigkeiten der beiden Papers erklären. Das erste Paper trägt den Titel „The First Room-Temperature Ambient-Pressure Superconductor“, als Autoren sind Sukbae Lee, Ji-Hoon Kim und Young-Wan Kwon aufgeführt, und es hat den Zeitstempel Samstag, 22. Juli 2023, 07:51:19 UTC [1]. Das zweite Paper trägt den Titel „Superconductor Pb10−xCux(PO4)6O showing levitation at room temperature and atmospheric pressure and mechanism“, die sechs Autoren sind Sukbae Lee, Jihoon Kim, Hyun-Tak Kim, Sungyeon Im, SooMin An und Keun Ho Auh; es wurde 2 Stunden und 20 Minuten nach dem ersten Paper am Samstag, 22. Juli 2023, um 10:11:28 UTC hochgeladen und am Samstag, 29. Juli, um 01:53:47 UTC aktualisiert
In beiden Papers ist Sukbae Lee Erstautor, Jihoon Kim Zweitautor, und als Affiliation ist das „Quantum Energy Research center, Inc.“ in Seoul angegeben. Im zuerst hochgeladenen Paper ist Young-Wan Kwon der dritte Autor, im zweiten Paper fehlt er jedoch, und vier Autoren mit unterschiedlichen Affiliationen sind hinzugekommen. Das zweite Paper scheint in LaTeX geschrieben worden zu sein, das erste in Word. Titel und Abstract des ersten Papers behaupten ausdrücklich, LK-99 sei ein Raumtemperatur-Supraleiter; Titel und Abstract des zweiten Papers tun das nicht ausdrücklich. Der Begriffgebrauch legt allerdings nahe, dass LK-99 als Supraleiter verstanden wird
Der Vorwurf in [3] lautet, Young-Wan Kwon habe das erste Paper ohne Zustimmung des restlichen LK-99-Teams veröffentlicht, sich selbst als dritten Autor eingetragen und die vier anderen Autoren weggelassen. Die Erklärung ist, dass der Rest des LK-99-Teams anschließend die verfügbaren Daten eilig in ein zweites Paper packte und dieses zwei Stunden später veröffentlichte [4]. Damit ließe sich erklären, warum am selben Tag zwei Papers derselben Gruppe hochgeladen wurden, warum die Autorenlisten unterschiedlich sind und warum nur das zweite Paper, nicht aber das erste, aktualisiert wurde. Ich bin kein Experte auf diesem Gebiet und habe jedes Paper nur einmal gelesen, aber auch viele Fehler und unsaubere Stellen in den Papers scheinen sich in diesem Kontext erklären zu lassen
Deshalb bin ich vorsichtig optimistisch, dass diese Entdeckung echt sein könnte [5]. Stand Montagabend passen die Papers auf arXiv zu dem Bild einer Forschungsgruppe, die mit einem heiklen Herstellungsprozess erfolgreich einen Raumtemperatur-Supraleiter hergestellt und identifiziert hat, aber zu einer verfrühten Veröffentlichung gezwungen wurde. Es gibt noch bei Weitem nicht genug Belege, um zu schließen, dass LK-99 ein Raumtemperatur-Supraleiter ist. Aber ein einzelner gescheiterter Replikationsversuch beweist auch nicht, dass LK-99 kein Supraleiter ist. Wenn der Herstellungsprozess heikel ist, wäre es naheliegend, Dutzende gescheiterte Reproduktionen und einige erfolgreiche Reproduktionen zu sehen
Als Update mit Stand Montagabend US-Zeit: Es sind zwei weitere Papers zur LK-99-Behauptung erschienen, also insgesamt vier. Das dritte Paper ist ein gescheiterter Versuch, die Ergebnisse der LK-99-Gruppe experimentell zu reproduzieren; der Titel lautet „Semiconducting transport in Pb10-xCux(PO4)6O sintered from Pb2SO5 and Cu3P“, die neun Autoren gehören alle zum Department of Materials Science der Beihang University in Peking, und der Zeitstempel ist Montag, 31. Juli, 16:13:05 UTC [6]. Das vierte Paper ist eine Simulation von LK-99 und beobachtet Ähnlichkeiten zwischen LK-99 und anderen Hochtemperatur-Supraleitern. Der Titel lautet „Origin of correlated isolated flat bands in copper-substituted lead phosphate apatite“, der einzelne Autor ist im Bereich Materials Science am Lawrence Berkeley National Lab in Kalifornien tätig, und es wurde am Montag, 31. Juli 2023, um 17:58:17 UTC veröffentlicht [7]
[1] https://arxiv.org/abs/2307.12008
[2] https://arxiv.org/abs/2307.12037
[3] Dieser Kommentar wurde ursprünglich als Antwort auf den folgenden Beitrag verfasst: https://news.ycombinator.com/item?id=36952499
[4] Allerdings scheint öffentlich auch nicht bekannt zu sein, ob alle Autoren der Veröffentlichung des zweiten Papers zugestimmt haben. Es könnte von einem Teil der Gruppe eilig eingereicht worden sein, und ebenso plausibel wirkt die Möglichkeit, dass ein einzelner Autor es eigenständig hochgeladen hat
[5] „Vorsichtig optimistisch“ bedeutet hier eigentlich: „Ich war so aufgeregt und nervös, dass ich bis 3 Uhr morgens arXiv-Zeitstempel abgeglichen habe“
[6] arXiv-Link: https://arxiv.org/abs/2307.16802
HN-Link": https://news.ycombinator.com/item?id=36951140
[7] arXiv: https://arxiv.org/abs/2307.16892
HN: https://news.ycombinator.com/item?id=36951815

  • Laut einem aktuellen Interview hatte Kwon das Unternehmen bereits Anfang dieses Jahres verlassen. Außerdem geht aus einer mutmaßlich privaten Kommunikation mit Auh [1] hervor, dass Kwon offenbar bereits eine Autorenschaft in einem gemeinsamen Paper mit sieben Autoren angeboten worden war, er aber bis zur Veröffentlichung der ersten arXiv-Einreichung nicht geantwortet hatte
    Ich weiß nicht, was Kwon in diesem Durcheinander tatsächlich wollte, aber es wirkt klar, dass zwischen Kwon und den anderen Autoren bereits eine große Kluft bestand und dass dieser „Leak“ zusammen mit LK-99 auch diese Kluft an die Oberfläche gebracht hat
    [1] Der Beitrag wurde bereits gelöscht, aber Screenshots gibt es anderswo, und die Erläuterung selbst ist hier noch vorhanden: https://gall.dcinside.com/mgallery/board/view/?id=thesingularity&no=178098
  • Manche sagen auch, dass hier politisches Kalkül im Spiel gewesen sein könnte, weil nur drei Personen den Nobelpreis erhalten können
    Falls das zu einem Nobelpreis führt, wäre es schön, wenn auch Sportsgeist berücksichtigt würde
  • Ich stimme zu, dass der Umstand, dass es bereits Streit über die Vergütung gibt, ein starkes Signal dafür ist, dass an dieser Entdeckung vielleicht mehr dran ist. Wenn sie aber wirklich funktioniert, sollte für alle Beteiligten genug Ruhm – und Geld – abfallen, daher ist das schade

Weltweite verlustfreie Stromnetze, Hochgeschwindigkeitszüge, Fusionskraftwerke und fliegende Autos klingen großartig. Natürlich unter der Voraussetzung, dass das Material echt ist und sich eines Tages in Massenproduktion herstellen lässt. Bis dahin bleibe ich skeptisch

  • Dass „Renegade Researcher“ tatsächlich eine mögliche Bezeichnung sein könnte, hätte ich nicht gedacht

  • Es ist doch ohnehin nur ein Preprint; ich frage mich, ob das wirklich so wichtig ist
    Es gibt kein Peer Review, und bei Behauptungen über Entdeckungen sind Laborbelege doch viel wichtiger als ein Preprint, oder?

  • Mich interessieren die allgemeinen Implikationen eines Raumtemperatur-Supraleiters. Ich weiß im Grunde nur, dass normalerweise extrem niedrige Temperaturen nötig sind, würde aber gern verstehen, welche praktische Bedeutung das tatsächlich hätte

    • Einer der Gründe, warum wir noch keinen praktikablen Fusionsreaktor bauen können, ist, dass dafür extrem starke Elektromagnete benötigt werden
      Dafür muss man enorme Ströme durch große ringförmige Schaltungen schicken; ohne Supraleiter entsteht dabei so viel Wärme, dass das Ganze schmelzen würde. Es gibt Versuche mit bestehenden Supraleitern, aber diese brauchen kryogene Temperaturen oder extrem hohen Druck. Dieses Material könnte vielleicht ein günstiger Supraleiter sein, der bei normaler Temperatur und normalem Druck existiert. Für den direkten Einsatz in Fusionsreaktoren dürfte es Mängel haben, könnte uns aber zeigen, wie man bessere Supraleiter herstellt
    • Kühlere Chips würden möglich. Chips werden wegen des Widerstands heiß, und Supraleiter haben per Definition 0 Widerstand. Vermutlich ist das auch die Anwendung, die dieses Unternehmen im Sinn hat
      Die folgende Formulierung aus dem Patent ist ziemlich aufschlussreich, wenn man sich mit Halbleiterfertigung auskennt: „In addition, various energy sources used for deposition are not limited to chemical vapor deposition (CVD) using heat, but atomic layer deposition (ALD), sputtering, and thermal evaporation, e-beam evaporation, molecular beam epitaxy (MBE), pulsed laser deposition (PLD), etc. are also included without limitation as long as the raw material can be deposited.“
      Die aufgezählten Verfahren werden in der Halbleiterfertigung verwendet, um Materialien auf Wafer aufzubringen. Wichtig ist auch, dass das Unternehmen in seinen PR-Unterlagen den Widerstand als „1/10^4 niedriger als Kupfer“ beschreibt. Denn Kupfer wird derzeit als Leiter in Chips verwendet. Früher war es Aluminium, was für sich genommen ebenfalls eine interessante Geschichte ist: https://en.wikipedia.org/wiki/Copper_interconnects
      https://patents.google.com/patent/WO2023027537/en
    • Alles, was Strom nutzt, würde weniger Strom verbrauchen, weil nichts mehr als Wärme verschwendet wird
      Theoretisch würden völlig absurde Computer möglich, durch die 1000 GW fließen, ohne heiß zu werden, außerdem fliegende Autos und Stromkabel ohne Verluste unterwegs. Deshalb wirkt es auch fast absurd, dass so etwas unter normalen Bedingungen möglich sein soll. Ich kann nachvollziehen, dass man ein Material fast maximal abkühlt, damit es den Strom nicht behindert, oder es so stark komprimiert, dass es sich kaum bewegen kann und in einen seltsamen Zustand gerät. Aber wenn es einfach in einem normalen Raum liegt, müsste es ein vollkommen verrücktes Material sein
    • Dieser Thread behandelt einen Teil davon: https://twitter.com/Andercot/status/1685088625187495936

  • Ich kenne mich mit Physik nicht gut aus, frage mich aber, ob es einen besonderen Grund gibt, unbedingt Supraleitfähigkeit zu wollen. Reicht ein günstiger, sehr guter Leiter nicht aus? Und selbst wenn LK-99 ein Supraleiter ist, heißt das doch nicht, dass es für Computing nützlich ist, oder?
    Es gibt sicher Materialien, die besser leiten als Silizium, aber wegen mechanischer Eigenschaften oder anderer physikalischer Merkmale vermutlich nicht in Chips eingesetzt werden können

    • Der Wert von Silizium liegt nicht darin, dass es ein guter Leiter ist. Tatsächlich ist es im natürlichen Zustand eher ein Isolator. Mischt man jedoch geeignete Stoffe hinein, wird es zu einem sehr guten Halbleiter, der Strom leicht fließen lassen oder wirksam blockieren kann, und ist damit eine gute Grundlage für Transistoren
      Das Problem hier ist die normale Verdrahtung zwischen den Transistoren, meist Kupferleitungen, die bei jedem Stromfluss Wärme aufbauen. Dadurch wird begrenzt, wie dicht man Leitungen in einem Chip unterbringen kann. Mit einem Supraleiter wären nicht nur viel kleinere und schnellere Prozessoren möglich, sondern auch viele Designs, die keine Kühlung benötigen. Man kann sich etwa vorstellen, dass ein stromhungriger Chip wie eine RTX 4090 in einem Smartphone ein aktuelles LLM lokal ausführt. Darum geht es, und deshalb will jeder Autor des ursprünglichen Papers sein
    • Derzeit ist sehr teure Kühlung nötig; mit einem Supraleiter würden einige Dinge praktisch ganz anders aussehen
      MRT könnte mit Raumtemperatur-Supraleitern deutlich günstiger, kleiner und verbreiteter werden. Magnetschwebebahnen können durch den Meißner-Effekt, bei dem Supraleiter Magnetfelder verdrängen, Objekte „schweben“ lassen, wodurch die Reibung gering und die Energieeffizienz sehr hoch ist. Quantencomputing benötigt in den meisten Designs gekühlte Supraleiter, und für tragbare Quantencomputer oder Quantenchips neben bestehenden Computern wären Raumtemperatur-Supraleiter praktisch notwendig. Wenn man an die Größenordnung denkt, in der moderne Batterien alles von Elektroautos bis Smartphones möglich gemacht haben, könnte die Skala der technischen Innovationen, die darauf aufbauen, ähnlich groß sein
    • Es ist unwahrscheinlich, dass der erste beobachtete Raumtemperatur-Supraleiter sofort praktisch nutzbar ist. LK-99 enthält Blei, einen Stoff, den man aus Consumer-Elektronik eher entfernen will
      Entscheidend sind die Investitionen und die Aufmerksamkeit, die auf eine bestätigte Entdeckung eines solchen Materials folgen würden. Ein enormer Forschungsboom würde mit Sicherheit bessere Kandidatenmaterialien hervorbringen. Das ideale Endziel wäre ein Material, das sich wie die bereits existierenden supraleitenden Bänder verwenden lässt, aber ohne Kühlung funktioniert und möglichst ungiftig ist
    • Da Verunreinigungen ohnehin vorhanden sein werden, kann man in der Praxis davon ausgehen, dass zwischen Nullwiderstand und sehr niedrigem Widerstand kein relevanter Unterschied besteht. Auch das Quantum Energy Research Centre beschreibt den Widerstand tatsächlich nicht als 0, sondern als „niedriger als 1/10^4 von Kupfer“, was eine ziemlich praktische Formulierung ist
      Wenn man bedenkt, dass dieses Unternehmen insbesondere dünne Schichten per Abscheidungsverfahren entwickelt hat, kann man Computing wohl als beabsichtigte Anwendung ansehen. Näheres dazu findet sich in anderen Kommentaren
    • Ein Computer besteht nicht nur aus einem Silizium-Wafer. Man kann schon bei den Leiterbahnen auf dem Board anfangen: Heute bestehen sie aus Kupfer. Was wäre, wenn diese Leiterbahnen mit 0 Widerstand leiten könnten?

  • Ich weiß nicht, ob es normal ist, dass die Qualität der Abbildungen und Diagramme so miserabel ist. Wenn es sich um Messgeräte handelt, sollten sie doch zumindest CSV-Export bieten, sodass man statt pixeliger Screenshot-Grafiken ordentliche extern erzeugte Diagramme erstellen könnte

  • Ich kenne mich mit Supraleitern und Materialwissenschaft überhaupt nicht aus; kann jemand die Unterschiede zwischen dem ursprünglichen Paper und diesem Paper zusammenfassen? Bitte keine ChatGPT-Antwort

  • Meiner Ansicht nach hat lifthrasiir hier recht: https://news.ycombinator.com/item?id=36953052