Lo studio che descrive LK-99, pubblicato online sul server arXiv Il 22 luglio scosse l’intera comunità scientifica. E per una buona ragione: oggi la fabbricazione di un superconduttore a temperatura e pressione ambiente è considerata il “Santo Graal” della fisica. Dalla scoperta della superconduttività all’inizio del 20° secolo, è cresciuto l’interesse per questi materiali privi di resistenza elettrica, poiché potrebbero davvero rivoluzionare l’intero settore, riducendo i costi economici e i consumi energetici. Sfortunatamente sappiamo come fabbricare materiali superconduttori solo a temperature prossime allo zero assoluto e/o a pressioni estreme, il che risulta essere molto costoso e inadatto all’uso pratico di questi materiali. Essendo un superconduttore a temperatura e pressione ambiente, LK-99 avrebbe potuto cambiare la situazione, ma non è così: nonostante molteplici tentativi da parte di diversi altri team in tutto il mondo, nessuno è riuscito a riprodurre i risultati ottenuti su di lei. D’altra parte, queste diverse esperienze hanno rivelato le cause di malintesi.

Superconduttore LK-99, decine di tentativi di replicazione furono vani

LK-99 è apatite di piombo. Tuttavia, i ricercatori che lo hanno sintetizzato hanno apportato alcune modifiche alla struttura iniziale: hanno sostituito chimicamente parte degli ioni di piombo (Pb2+) con ioni di rame (Cu2+), provocando una distorsione strutturale – ciò che i ricercatori chiamano “pozzi quantici superconduttori”. .

Questa particolare struttura conferirebbe proprietà superconduttrici all’LK-99 ad una temperatura critica maggiore o uguale a 127°C, a pressione atmosferica. L’équipe sued-coréenne a rapporté avoir observé deux propriétés fondamentales de la supraconductivité: a résistivité nulle et an effet Meissner – the expulsion of a magnetic champ, which place the materiaau en lévitation lorsqu’il se trouve au-dessus d’ Loving.

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Tuttavia, alcuni scienziati rimasero scettici, come Michael Norman, un teorico dell’Argonne National Laboratory; Lo ha annunciato quest’ultimo scienza Poiché l’apatite di piombo è un minerale non conduttivo, la scelta di questo materiale è stata sorprendente. Inoltre, poiché gli atomi di piombo e rame hanno strutture elettroniche simili, la loro sostituzione non dovrebbe influenzare in modo significativo le proprietà elettriche del materiale.

Non solo le condizioni di temperatura e pressione sono più facili da implementare, ma l’LK-99 può essere realizzato con componenti poco costosi. Nonostante lo scetticismo che lo circonda, diversi gruppi di fisici hanno tentato di riprodurre il lavoro dei sudcoreani per verificare le loro affermazioni. Prashant Jain, ricercatore presso l’Università dell’Illinois, afferma: Articolo prestampato Quello Dopo dozzine di tentativi di replica, molti scienziati affermano con sicurezza che le prove dimostrano che l’LK-99 non è un superconduttore a temperatura ambiente. “.

Bassa resistenza a causa delle impurità

La spiegazione si troverà nella composizione stessa della sostanza. È stato dimostrato che LK-99 contiene una frazione significativa di solfuro di rame (I) (Cu2S), un’impurità derivante dalla modifica dell’apatite di piombo. Quest’ultima però presenta una transizione da solido a fase a 104 °C, passando dalla fase strutturata a bassa temperatura alla fase superionica ad alta temperatura, spiega il ricercatore.

” Come risultato di questa transizione di fase, il solfuro di rame(I) mostra bruschi cambiamenti nella resistenza elettrica e nella capacità termica, che dovrebbero coincidere con gli spostamenti indotti dalla temperatura riportati per LK-99. », precisa nel suo articolo. Infatti, questa temperatura di transizione di fase è molto vicina alla temperatura di 104,8°C alla quale LK-99 ha mostrato un improvviso aumento della sua resistenza. In altre parole, LK-99 mostrerà una diminuzione della resistenza solo a causa delle sue impurità.

Resistività rispetto alla temperatura per LK-99 (a sinistra) e solfuro di rame (I) (a destra). Crediti: P. Jain, arXiv (2023)

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Anche l ‘”altezza” dell’LK-99 è stata respinta. Il fisico Derek Vangeniep, ex ricercatore dell’Università di Harvard, Relativo al suo account Twitter Successivamente riuscì a riprodurre il comportamento del materiale utilizzando un campione ferromagnetico (a base di polvere di carbonio pressata sotto forma di piccola pallina, alla quale era incollata la limatura di ferro). Come promemoria, un materiale si dice ferromagnetico quando è in grado di magnetizzarsi sotto l’influenza di un campo magnetico esterno e trattenere parte di questa magnetizzazione.

Possiamo vedere chiaramente nei video – quello di Derek van Gennep e quello dei sudcoreani – che in entrambi i casi il campione è ben posizionato al centro del magnete e non è in uno stato di volo ideale, perché un lato è in direzione diretta contatto con il magnete. Lo confermano i ricercatori dell’Università di Pechino In Scienza Cina Fisica, Meccanica e Astronomia In realtà si trattava di ferromagnetismo e non di effetto Meissner.

Comportamento tipico di un isolante non magnetico

Quindi LK-99 non è il superconduttore tanto atteso. Al contrario, avrà notevoli proprietà come isolante. Un team di ricercatori dell’Istituto Max Planck per la ricerca sullo stato solido di Stoccarda e del Bandung Institute of Technology in Indonesia ha sintetizzato cristalli singoli LK-99 in fase pura per ridurre l’effetto dei difetti strutturali e del solfuro di rame sulle proprietà fisiche del solido strato. Materiale.

riferiscono I cristalli ottenuti sono “altamente isolanti e otticamente trasparenti”, con resistività fino a diversi megaohm a temperatura ambiente. Variando la temperatura da 2 a 800 K, hanno potuto osservare la tipica risposta magnetica di un isolante non magnetico, così come di un piccolo componente ferromagnetico. Non sono state rilevate anomalie indicanti transizioni di fase. I ricercatori hanno inoltre concluso che la superconduttività dell’LK-99 a temperatura ambiente è “estremamente improbabile”.

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Come ha sottolineato Articolo su una rivista naturaSe questo “falso” annuncio ha causato grande delusione, ha tuttavia dimostrato due cose: in primo luogo, ha dimostrato che la comunità scientifica era molto reattiva e che l’approccio scientifico – che consisteva nel validare e replicare i risultati – funzionava molto bene; Ci è voluto meno di un mese per chiarirlo. In secondo luogo, ha dimostrato che gli sforzi di ricerca nel campo della superconduttività stanno aumentando in tutto il mondo. Pertanto, è molto probabile che raggiungeremo questo obiettivo nel prossimo futuro.