LK-99: Bericht über erfolgreiches magnetisches Schweben bei Raumtemperatur und Normaldruck
(arxiv.org)- Als Ergebnis einer Folgeuntersuchung wird berichtet, dass aus einem modifizierten Blei-Apatit-LK-99-Kristall ein bei Raumtemperatur und Normaldruck magnetisch schwebendes Sample erhalten wurde; dabei sei ein größerer Schwebe-Winkel als beim bisherigen Sample von Sukbae Lee beobachtet worden
- Die Synthese basiert auf einer Festkörpermethode über die Vorstufen Lanarkit und Kupferphosphid; unter Bedingungen von 10^-2 Pa wurde das Zielmaterial mit der Zusammensetzung Pb10-xCux(PO4)6O hergestellt
- In Magnetisierungs-Temperatur-Messungen zeigte das Bulk-Sample in ZFC/FC Übergänge bei etwa 326 K·299 K, während ein per magnetischer Abstoßung selektierter Mikron-Kristall einen Übergang bei etwa 340 K zeigte
- Der Mikron-Kristall zeigte beim Annähern eines Permanentmagneten ein Schwebephänomen, bei dem er sich senkrecht zum Substrat aufrichtete; in einem separaten Anziehungstest wurde zudem angegeben, dass er nicht vom Magneten angezogen wurde, wodurch ferromagnetische Effekte ausgeschlossen worden seien
- Die Ergebnisse führen zu der Interpretation, dass Kristallinität und Cu-Dotierung wichtig sind, jedoch weitere Verifikationen wie elektrische Tests bei Raumtemperatur noch ausstehen
Ziel der LK-99-Synthese und -Verifikation
- Sukbae Lee und andere hatten zuvor behauptet, dass der modifizierte Blei-Apatit-Kristall LK-99 bei Raumtemperatur und Normaldruck Supraleitung zeigen könne, dass die supraleitende Übergangstemperatur Tc über 400 K liege und ein Meissner-Schwebeeffekt auftrete
- Das Forschungsteam dieser Studie berichtet, LK-99-Kristalle synthetisiert und ein bei Raumtemperatur magnetisch schwebefähiges Sample erhalten zu haben
- Der beobachtete Schwebe-Winkel sei größer als beim Sample von Sukbae Lee
Synthesemethode und Eigenschaften der Samples
- Die LK-99-Samples wurden mit der Zusammensetzung Pb10-xCux(PO4)6O, 0.9 < x < 1.1, hergestellt
- Für die Synthese wurde eine Festkörpermethode verwendet, ähnlich der von Sukbae Lee und anderen beschriebenen Vorgehensweise
- Es wurde die Vorstufe Lanarkit, also Pb2(SO4)O, synthetisiert
- Es wurden Kupferphosphid-Kristalle, also Cu3P, synthetisiert
- Anschließend wurde das Zielprodukt LK-99 synthetisiert
- Alle Reaktionen wurden unter Bedingungen von 10^-2 Pa durchgeführt
- Die Kristallstruktur wird als eine Form dargestellt, bei der eines von vier Pb(2)-Atomen durch ein Cu-Atom ersetzt ist
Ergebnisse der Magnetisierungs-Temperatur-Messung
- Die Magnetisierungs-Temperatur-Kurven der LK-99-Samples wurden mit dem Messsystem PPMS DynaCool aufgenommen
- Die Messungen wurden im ZFC- und FC-Modus unter einem angelegten Magnetfeld von 10 Oe durchgeführt
- Sample 1 ist ein makroskopisches grauschwarzes Bulk-Sample
- In der ZFC-Kurve erscheint ein diamagnetischer Übergang bei etwa 326 K
- In der FC-Kurve wurde ein diamagnetischer Übergang bei etwa 299 K beobachtet
- Dieses Ergebnis wird als ähnlich zu den zuvor von Sukbae Lee berichteten Resultaten bewertet
- Sample 2 ist ein durch magnetische Abstoßung selektierter Mikron-Kristall
- Er hat eine dreieckige Form; die Länge einer Seite beträgt etwa 120 μm, die Dicke etwa 20 μm
- Die diamagnetische Übergangstemperatur liegt bei etwa 340 K und damit etwas höher als beim makroskopischen Sample
- Das Forschungsteam interpretiert dies dahingehend, dass Sample 2 eine höhere Reinheit und Kristallinität sowie eine bessere Cu-Dotierung aufweist
Magnetisches Schweben bei Raumtemperatur und Normaldruck sowie Ausschluss von Ferromagnetismus
- Sample 2 zeigte bei Raumtemperatur und Normaldruck ein magnetisches Schwebephänomen
- Wenn sich ein Permanentmagnet nähert, hebt sich das Sample an und richtet sich vollständig senkrecht zum Substrat auf
- Wenn sich der Magnet entfernt, fällt das Sample wieder auf das Substrat zurück
- Es wird angegeben, dass dieser Schwebe-Winkel größer sei als beim Sample von Sukbae Lee
- In einem separaten Anziehungstest zeigte Sample 2 keine Reaktion, bei der es von einem Permanentmagneten angezogen wurde
- Das Forschungsteam schließt daraus ferromagnetische Effekte bei Sample 2 aus
- Zusatzvideos:
- Supplementary video 1: Meissner-Effekt von Sample 2
- Supplementary video 2: Test zum Ausschluss von Ferromagnetismus bei Sample 2
Interpretation und noch ausstehende Verifikation
- Die interpretierten Unterschiede in den diamagnetischen Eigenschaften zwischen den Samples deuten darauf hin, dass durch Kupfer-Sauerstoff induzierte Änderungen der elektronischen Bandstruktur in Phosphatoxiden mit einem potenziellen supraleitenden Mechanismus zusammenhängen könnten
- Das Forschungsteam verbindet dies damit, dass mehrere theoretische Studien diese Richtung stützen
- Zusammenfassend wird festgehalten, dass im Material LK-99 bei Raumtemperatur und Normaldruck konsistente diamagnetische Übergänge und große Schwebe-Winkel erzielt wurden
- Kristallinität und eine geeignete Cu-Dotierung werden als Schlüsselfaktoren hervorgehoben
- Weitere konsistente Verifikationen wie elektrische Tests bei Raumtemperatur sind nötig, um das Potenzial von Phosphatoxiden zu bestätigen
- Die Daten seien auf begründete Anfrage beim korrespondierenden Autor erhältlich; konkurrierende Interessenkonflikte bestünden nicht
1 Kommentare
Meinungen auf Hacker News
Ich verstehe, dass dieses Paper hastig erstellt wurde, um die Entdeckung schnell bekannt zu machen, aber es ist frustrierend, dass so viele zentrale Informationen zum experimentellen Ablauf fehlen.
Nur zu schreiben: „Alle Reaktionen wurden bei 10^-2 Pa durchgeführt“, reicht nicht. Mir ist klar, dass damit der Absolutdruck gemeint ist, aber man braucht Angaben dazu, ob es ein Vakuumofen war, ein versiegeltes Quarzfläschchen, Argon-Spülung oder Luft usw.
Beim Temperaturprofil sieht man zwar Aufheizzeit und Haltezeit, aber Abkühlrate und Endzeit fehlen. Ob die Probe sofort herausgenommen und luftgekühlt wurde oder ob das Vakuum bis Raumtemperatur gehalten wurde, ist ebenfalls wichtig für die Reproduzierbarkeit.
Solche Details kosten fast keine Zeit, sie ins Paper aufzunehmen, fehlen aber trotzdem; ich denke, genau diese Haltung macht Reproduktion in der Wissenschaft schwierig.
Trotzdem wäre es der Vollständigkeit halber besser gewesen, einfach das Wort „Vakuum“ hinzuzufügen. Ich erinnere mich auch daran, wie verwirrend früher die 0–30-Skalen von Quecksilbermanometern waren.
Ich hoffe, dass sich das über offene Veröffentlichungen wie arXiv hinaus zu echter Open Science mit Kollaborationsräumen weiterentwickelt.
Die letzte Woche erinnert mich an die Geschichte von Bardeen und Brattain und die Erfindung des Transistors.
Anfangs funktionierte er nur gerade so und ging schon kaputt, wenn man nur den Tisch berührte; außerdem gab es eine dritte Person, die Anspruch auf die Leistung erhob. Ich würde gern skeptisch bleiben, aber dass die Reproduktion schwierig ist, wirkt eher ziemlich normal. Interessant ist, dass andere es nun offenbar zum Laufen gebracht haben.
Ich frage mich, warum man versucht, mit indirekten Methoden wie Levitation oder Diamagnetismus zu beweisen, dass dieses Material ein Supraleiter ist.
Mir scheint, ich übersehe etwas: Warum misst man nicht einfach, ob Strom ohne Widerstand fließt?
Diamagnetismus zu zeigen, verstehe ich als eine der vergleichsweise weniger fehleranfälligen Methoden, einen supraleitenden Effekt nachzuweisen.
Bis man ein perfektes Material in großen Mengen herstellen kann, dürfte eine Widerstandsmessung nur begrenzt aussagekräftig sein.
Deshalb ist es einfacher, nach den ungewöhnlichen Phänomenen zu schauen, die alle Supraleiter in einem Magnetfeld zeigen, zum Beispiel magnetische Levitation.
Das scheint derselbe Fall zu sein wie in dem Video, das vor ein paar Tagen hochgeladen wurde: https://news.ycombinator.com/item?id=36953396
Damals fragten viele, ob das Supraleitung oder nur Diamagnetismus sei; ich frage mich, ob das neue Paper diese Frage beantwortet.
Dass die Übergangstemperatur bei vorhandenem Magnetfeld sinkt, ist ebenfalls wichtig. Wenn das Paper nicht manipuliert ist, wirkt das wie der stärkste positive Hinweis darauf, dass hier mehr passiert als bloßer Diamagnetismus; zum ersten Mal sehe ich die Wahrscheinlichkeit bei über 50 %.
Zweitens können nur Supraleiter ein Netto-Magnetfeld von 0 haben und dadurch eine „stabile“ Levitation zeigen. Im Video bleibt das Stück weitgehend an Ort und Stelle, selbst wenn man einen Magneten nähert und es umdreht.
Gewöhnliche Diamagnetika folgen der Richtung des angelegten externen Feldes und würden daher eher seitlich wandern; deshalb verwendet man normalerweise Halbach-Arrays, um die Kräfte auszugleichen und eine Levitation an Ort und Stelle zu erzeugen.
Sie liefern starke Hinweise auf irgendeine Form eines diamagnetischen Übergangs bei etwa 320 K. Unabhängig davon, ob es an Supraleitung liegt, scheint die Wahrscheinlichkeit sehr hoch, dass dieses Material interessante magnetische Eigenschaften hat.
Das Varda-Team hat ein hochauflösendes Video veröffentlicht, das Diamagnetismus zeigt: https://twitter.com/andrewmccalip/status/1687405505604734978
Die Schwerkraft ist doch viel schwächer als die elektromagnetische Kraft — ist die Vorrichtung so kalibriert, dass sie ziemlich genau der auf die Probe wirkenden Schwerkraft entspricht? Ich frage mich, warum man nicht etwas stärker nach oben drückt, sodass der Deckel des Behälters wegfliegt.
Eine „Gesteins-OP“, bei der man die Probe zuschneidet, um unnötiges Gewicht zu entfernen, würde ich noch nicht machen. Die 4-Magnet-Schachbrettanordnung, die man normalerweise für Platten aus pyrolytischem Graphit nutzt, könnte nicht funktionieren, weil die Probe nicht flach ist.
Den Magneten umzudrehen wäre ebenfalls nützlich, und Erhitzen, um zu zeigen, dass sie bei einer bestimmten Temperatur herunterfällt, klingt auch gut. In diesem Fall dürften unter 100 °C reichen. So oder so sind Demo-Effekt und gute Videoqualität wichtig.
https://en.wikipedia.org/wiki/LK-99#Replication_attempts
Dieser Wikipedia-Artikel fasst die bisherigen Replikationsversuche, einschließlich dieses Papers, gut zusammen.
Je mehr es so aussieht, als würde es bestätigt, desto mehr bekomme ich zum ersten Mal seit Jahren wirklich Gänsehaut. Im guten Sinne.
Die Veränderungen, die das bringen könnte, wären vergleichbar mit Faraday, Volta und den Wissenschaftlern des 17. und 18. Jahrhunderts, die begannen, die Prinzipien der Elektrizität zu verstehen. Auch sie wussten nicht, wie sehr sich in den folgenden hundert Jahren jeder Aspekt des Lebens verändern würde.
Ich habe Teilchenphysik gemacht, und ein großer Teil der komplexen Systeme bestand aus Anlagen, die supraleitende Magnete ausreichend kalt halten. Wenn das bei Raumtemperatur möglich ist, entfällt das gesamte Kühlsystem.
Auch Fusionsreaktoren sind auf supraleitende Magnete angewiesen, daher könnte das große Auswirkungen auf künftige Fusionsreaktoren haben. Einschränkungen wie bei JET, wo man die Magnete nur für ein paar Sekunden betreibt, bevor sie überhitzen, würden ebenfalls geringer.
Das Konzept der Supraleitung bei Raumtemperatur verstehe ich theoretisch, aber wenn das wirklich stimmt, kann ich mir kaum vorstellen, wie sich die Welt verändern würde.
Wenn das möglich wird, könnte man bei der jährlichen Vorsorgeuntersuchung ein MRT machen lassen. Damit ließen sich unzählige Krankheiten und 95 % der Krebserkrankungen diagnostizieren, und jedes Jahr könnte der Scan automatisch mit dem vorherigen verglichen werden, sodass bei Formveränderungen eine Biopsie möglich wäre.
Auch die Medizinwissenschaft würde revolutioniert. Heute gibt es zu wenig Daten darüber, wie gutartige Tumoren bei Menschen vorkommen; um zu beurteilen, ob ein Knoten problematisch ist, fragt man im Grunde, ob es weitere Symptome gibt. Neue medizinische Geräte wie SQUIDs würden ebenfalls möglich.
Untergrund-MRT-Bildgebung könnte Archäologie, Paläontologie, Geologie und Ressourcensuche einen Sprung ermöglichen. Man könnte mit dem Auto durch die Wüste fahren und nach Signalen von Fossilien, Verwerfungen oder Mineralien suchen.
Mit einem Launch Loop würden die Kosten für Raumfahrt praktisch nahezu verschwinden, und auch Langstreckenreisen würden billig und emissionsarm. Man könnte allein mit Elektrizität eine niedrige Erdumlaufbahn erreichen oder Flugzeuge auf ein Mehrfaches der Schallgeschwindigkeit beschleunigen.
Netzspeicher, Spitzenlastkraftwerke und Lastfolgebetrieb könnten weitgehend veraltet sein. Supraleitende Freileitungen würden alle Länder verbinden, und man könnte chinesische Fabriken mit US-Kernspaltungsstrom betreiben oder kanadische Häuser mit australischer Solarenergie heizen. Auch HVDC-Verbindungen würden veraltet, und am Ende könnten wir uns vielleicht vom Wechselstromnetz verabschieden.
CPUs könnten 10–50 % effizienter sein, GPUs sogar noch mehr. Überlastete Leitungen würden einfach nicht mehr leiten, wodurch Brände, insbesondere Wohnungsbrände, ebenfalls zurückgehen könnten.
Wenn es wirklich reproduzierbar und industriell machbar ist, fühlt es sich so an, als könnte wieder ein Veränderungstempo wie in den 1960ern kommen.
Trotzdem bleiben selbst mit Fusion die Senkung von CO2-Emissionen, Änderungen des Lebensstils, Konsumminimierung und die Bewältigung bereits feststehender Klimafolgen weiterhin nötig.
Ich bin auch gespannt auf Fortschritte bei Graphen-basierten integrierten Schaltungen und optischem Computing. Bis 2030 würde ich gern eine neue Lisp Machine auf Supraleiterbasis sehen. Der „Open-Source“-Umgang mit Blei mag nicht ideal sein, aber es passt zu Alan Kays Haltung, dass die Zukunft erfunden wird.
Man muss sich nur die coolen Spielzeuge vorstellen, die Supraleiter bei Raumtemperatur möglich machen würden.
Und Hochspannungsleitungen, die wegen Genehmigungsproblemen nicht gebaut werden, hätten tatsächlich null Energieverlust, wenn man sie bauen würde — aber wahrscheinlich baut man sie trotzdem nicht.
Erstens Geräte, die bereits Supraleiter nutzen und ohne Kühlung viel günstiger zu bauen und zu betreiben wären. Dazu gehören MRTs, bestimmte Sensoren, Hochleistungsmagnete für die Fusionsforschung sowie große Generatoren und Motoren.
Zweitens Geräte, bei denen Supraleiter Verbesserungen bringen würden, die derzeit aber wirtschaftlich oder praktisch keinen Sinn ergeben. Welche davon Erfolg haben, ist weitgehend Spekulation, aber Computing-Chips, zusätzliche Sensoren, Kunstwerke wie dauerhaft schwebende Skulpturen sowie kleine Motoren und Generatoren scheinen möglich.
Es wird sicher auch viele Kategorien geben, die wir uns noch gar nicht vorstellen und die von Nullwiderstand oder der Verdrängung von Magnetfeldern profitieren würden.
Das etwas Ironische an dieser Geschichte ist, dass der ehemalige Mitarbeiter, der es unautorisiert veröffentlicht hat, am Ende vielleicht die Anerkennung dafür bekommt, es in die Welt gebracht zu haben.
Die Forscher haben lange daran gearbeitet, aber jetzt wird die ganze Welt daran forschen und andere Methoden sowie Materialkombinationen erkunden. Es könnte auch Versuche geben, das ursprüngliche Design zu verbessern und Patente zu umgehen.
Hätte dieser ehemalige Mitarbeiter es nicht offengelegt, weiß man nicht, wie viel länger es verborgen geblieben wäre; vielleicht war seine Motivation auch, dass es zum Nutzen der Menschheit in die Welt gelangen sollte.
Da es in diesem Feld zuletzt auch einen aufsehenerregenden Betrugsfall gab, dürften Journals sehr skeptisch gewesen sein. Möglicherweise bereiteten sie ein Paper mit überzeugenden Experimenten und dem Versand von Proben an unabhängige Labore vor, wurden dann aber faktisch dazu gedrängt, das, was sie hatten, überstürzt zu veröffentlichen — wodurch die Behauptung schwächer gewirkt haben könnte.
Man hätte schon vor zehn Jahren in viel größerem Maßstab mit Tests und Reproduktionen beginnen können; ich weiß nicht, welchen Nutzen es hatte, die Forschung so langsam zu verbreiten.
Danijel Djurek behauptete, Ende der 1980er-Jahre eine supraleitende keramische Mischung entdeckt zu haben, konnte aber Struktur und Zusammensetzung nicht bestimmen; nach der Abspaltung Kroatiens von Jugoslawien sei die Forschung wegen des Krieges unterbrochen worden.
Quelle des Auszugs: http://www.rexresearch.com/djurek/djurek.htm
Das deutet darauf hin, dass es Konflikte um die Veröffentlichung aus kommerziellen Gründen gegeben haben könnte, insbesondere wegen Patenten. Vielleicht wollten sie ein verkäufliches Produkt entwickeln, bevor andere es reproduzieren konnten.
Deshalb verdient der ehemalige Mitarbeiter, der es unautorisiert veröffentlicht hat, definitiv Anerkennung dafür, es in die Welt gebracht zu haben; vielleicht sollte die Menschheit ihn nicht stigmatisieren, sondern genau umgekehrt betrachten.
KR20210062550A - Mehtod of manufacturing ceramic composite with low resistance including superconductors and the composite thereof -
https://patents.google.com/patent/KR20210062550A/en
Die bisherigen Versuche, LK-99 im Labor zu reproduzieren, sind zwei von HUST: https://www.bilibili.com/video/BV14p4y1V7kS/ https://www.bilibili.com/video/BV13k4y1G7i1/
Einer von USTC: https://www.bilibili.com/video/BV1Ex4y1X7ix/ Diese kleine Probe kann auf der spitzen Seite stehen.
Einer von der Qufu Normal University: https://www.zhihu.com/zvideo/1669820225079070720
Einer mit THU-Hintergrund, der aber als privates Projekt bezeichnet wird: https://www.bilibili.com/video/BV14z4y1s7Vo
Ich frage mich, warum nicht mehr Labore außerhalb Chinas LK-99 herstellen und Videos veröffentlichen.
Kurzfristige Finanzierung erhalten sie oft sogar leichter als Kollegen in den USA oder Europa, doch es fehlt an langfristiger Karrierestabilität. Deshalb müssen sie potenzielle Durchbrüche wie LK-99 nicht nur aus Leidenschaft oder Neugier weiterverfolgen, sondern auch zum Überleben.
Im chinesischen System gibt es zudem viele altersgebundene Preise, Fördermittel und Titel; sie dienen nicht nur dem Prestige, sondern sind für den Karrierefortschritt entscheidend, was das Gefühl von Dringlichkeit und den Wettbewerb unter jungen Forschern weiter verstärkt.
Vielleicht ist ihnen noch keine entscheidende Reproduktion gelungen, und sie zögern, negative Ergebnisse zu veröffentlichen, aus Angst, später könnte jemand ein eindeutig positives Ergebnis vorlegen.
Vielleicht gehen sie mit Resultaten, bei denen sie noch nicht zu 100 % sicher sind, vorsichtiger um, oder sie bevorzugen den traditionellen Weg, nach Peer Review ein Paper zu veröffentlichen, statt öffentlichkeitswirksame Wissenschaft zu betreiben.
Vielleicht wollen sie auch kein YouTube-Video hochladen und die enorme Interaktion bewältigen, oder sie haben Angst, falschzuliegen.
Auch im Machine Learning tauchen nach großen Ankündigungen minderwertige Papers auf, die „die Ersten“ sein wollen. Langfristig ist das aber wenig bedeutsam, weil gute Arbeit Zeit braucht.
Gute Labore wollen keine halb fertigen, uneindeutigen Ergebnisse veröffentlichen, sondern umfassende, definitive und hochwertige Resultate, für die sie Verantwortung übernehmen können. Das bringt die Wissenschaft voran.
Viele Labore werden an LK-99 arbeiten, aber solche unausgereiften Analysen werden sie nicht veröffentlichen.
Die Übersetzung des Titels lautet: „Wenn Supraleitung bei Raumtemperatur wirklich reproduziert wird, esse ich Scheiße.“ Danach wurde das Thema auf bilibili heiß diskutiert, und das erste LK-99-Reproduktionsvideo erreichte fast 10 Millionen Aufrufe.