초전도체 관련 타임라인 (2일 동안의 4건의 연구 사례 요약)

2일 동안 4건의 연구가 있었습니다. 설명하는 데 도움이 되는 LK-99 에서 잠재적인 초전도 능력. 이러한 시뮬레이션은 새로운 등급의 SC 재료를 제안하는 주요 속성에 수렴되며 지금까지 본 TK-99의 단점을 설명하는 데 도움이 됩니다.

 

쉬운 요약은 다음과 같습니다. (알림: 아직 실험 복제가 없습니다!!) 모든 연구는 LK-99가 이들에 의해 형성된 흥미로운 전자적 특성을 가지고 있다는 사실에 수렴되었습니다. '플랫 에너지 밴드' 몇 가지 다른 메커니즘을 통해 초전도성을 가능하게 할 수 있습니다.

 

- 이 효과는 결정에서 납 원자를 대체하는 구리에 의존하지만 밴드가 나타나려면 매우 특정한 납 원자를 대체해야 합니다.

순도가 높으면 합성이 어려울 수 있습니다.(논문 1)

 

- 물질의 전도 경로는 1차원적일 수 있습니다. 즉, 모든 방향에서 동일하지 않으며이것이 완벽한 자기 부상 장치로 작동하지 않는 이유일 수 있습니다. 오히려 반 공중 부양 장치입니다. 또한 금과 같은 다른 금속은 LK-99의 성능을 훨씬 더 좋게 만들 수 있습니다(논문 2).

 

- TK-99는 초전도 특성을 유지하면서 무질서 또는 결정의 무작위성에 훨씬 더 강한 것으로 보입니다. 그리고 구리와 산소 전자 오비탈의 겹침이 나타납니다.이것이 주변 압력에서 발생하는 이유를 설명할 수 있습니다. (논문 3)

- 가장 극적인 결과는 가장 저명한 작가의 작품입니다.초전도성이 없는 반자성의 출현은 있을 것 같지 않다 (논문 4).

 

이를 뒷받침하는 기술 심층 분석

참고: '과학 최고 점수'와 같은 저자의 가장 높은 h-index를 포함합니다.

h=20: '성공한 과학자', 예. 정교수

h=40: '뛰어난 과학자', 예. APS의 교제

h=60: '정말 뛰어난 과학자', 예. 국립 아카데미

 

1차 논문 - 로렌스 버클리 국립 연구소시네이드 그리피스 (h-지수 20) https://arxiv.org/abs/2307.16892

 

@LBNLresearch 과학자 @sineatrix LK-99에 대한 최초의 시뮬레이션 연구를 발표했습니다. 그녀의 연구는 원래 한국 팀(LKK)이 제안한 메커니즘을 뒷받침했습니다.구리 원자는 결정 구조에서 납 원자를 대체하여 결정에 비틀림이나 변형을 일으킵니다.

LKK는 이 변형에서 0.5% 부피 수축을 측정했으며, @sineatrix의 시뮬레이션은 확증되었지만 더 흥미롭게도 이러한 모양의 변화는 전자가 재료에 들어갈 수 있는 사용 가능한 위치에서 흥미로운 변화를 만듭니다. 이들은 '에너지 밴드'로 알려져 있으며 일반적으로 상당히 들쭉날쭉하며 산맥처럼 에너지의 '해수면' 아래로 오르내립니다.

그러나 이러한 에너지 밴드가 매우 평평하게 유지되고 '페르미 에너지'라고도 하는 해수면에 가깝게 유지되면 초전도성, 절연 등과 같은 흥미로운 특성을 가능하게 하는 것으로 생각됩니다.

특히 이러한 에너지 밴드는 하나의 특정 위치가 구리 대체 원자를 수용할 때만 형성되며 가장 가능성이 낮은 위치입니다. 이는 낮은 효율의 수율이나 순도로 재료를 합성하는 것이 어려울 수 있음을 시사합니다.

 

에너지 밴드

2차 논문 - 심양 국립 연구소 https://arxiv.org/abs/2307.16040 Lai, Li, et al, Xing-Qiu Chen(h-index: 47)

@sineatrix, 납-아파타이트와 함께 부피 수축을 나타내는 구리가 도입되었으며, 이는 가능한 초전도 효과를 만드는 것으로 생각되는 페르미 준위 근처에서 시그니처 '평평한 에너지 밴드'를 생성합니다.

그들은 물질을 통해 사용 가능한 전도 경로가 보인다는 점에 주목합니다.1차원, 모든 방향으로 동일하게 확장되지 않음을 의미합니다. 이것은 재료가 완벽하게 부양되지 않고 부분적으로만 부양되는 불완전한 마이스너 효과를 설명할 수 있습니다(내 해석).

가장 흥미롭게도, 그들은 구리 원자 대신에 은과 금과 같은 비슷한 크기의 원자를 시뮬레이션하려고 시도하고 이들이 페르미 표면에서 평평한 에너지 밴드를 유지한다는 것을 발견했습니다. 구리 이외의 다른 요소는 LK-99 유사 재료의 성능을 향상시킬 수 있습니다.

 

구리 이외의 다른 요소는  LK-99  유사 재료의 성능

 

세 번째 논문 - 콜로라도 대학교, 볼더https://arxiv.org/abs/2308.00698 Kurleto et al, Daniel S Dessau (h-index: 49)

또한 페르미 표면에서 동일한 평평한 에너지 밴드 구조를 찾습니다. 더 흥미롭게도, 이 저자들은 결정 격자에 도입된 무질서의 영향을 시뮬레이션하고 흥미로운 결과를 봅니다. TK-99의 에너지 밴드는 약간 무질서한 경우에도 평평한 상태를 유지합니다. 즉, 완벽하게 '이상적인 결정'이 아닙니다.

그들은 이것이 그러한 고온에서 초전도성을 유지하는 방법을 설명하는 데 도움이 될 수 있다고 제안합니다. 또한 그들은 전자 에너지 준위의 중첩 파동 함수 또는 분포에 의존하는 초전도성에 대한 해석을 제시했습니다. 즉, 전자가 서로 약간 중첩되어 플랫 밴드를 생성합니다.

그들은 또한 가장 중요한 고려 사항이 구리와 산소 전자 오비탈 사이의 중첩이라고 주장하며 산소-구리 쌍이 TK-99가 이전 RTS 재료(수소화물)보다 훨씬 낮은 압력에서 초전도할 수 있는 이유를 설명할 수 있다고 지적합니다. (이전의 수소화물 기반 RTS 재료는 실온에서 초전도성이었지만 수백만 기압에서만 가능했습니다.)

 

산소 - 구리 쌍이  TK-99 가 이전  RTS  재료 ( 수소화물 ) 보다 훨씬 낮은 압력에서 초전도

 

4번째 논문 - Northwest U 및 TU Viennahttps://arxiv.org/abs/2308.00676 Liang Si와 Karsten Held(h-index: 67)

이 저자들은 이전 두 연구와 동일한 결과를 발견했습니다. 구리 원자가 납을 대체한 결과 페르미 표면 주변의 평탄한 에너지 밴드입니다. 초전도를 위한 두 가지 다른 방법은 전자 간의 결합인 '전자-전자' 또는 결정 격자에서 전자와 진동 간의 결합인 '전자-포논'입니다.

이 저자들은 형성된 구조에 따라 두 가지 메커니즘이 모두 가능할 수 있음을 발견했습니다. 언급된 다른 모든 논문의 일반적인 연구 결과와 강력하게 일치하지만 초전도성이 없는 반자성 현상이 그들의 결과와 상충된다고 추가로 주장합니다.

이것은 반자성(diamagnetism)을 나타내지만 아직 저항이 0인 전기적 측정값을 산출하지 못한 초기 합성 시도에 엄청난 영향을 미칠 것입니다.

 

구조에 따라 두 가지 메커니즘이 모두 가능할 수 있음

 

이 연구의 모든 저자는 그들의 시뮬레이션 결과가 TK-99가 재료 과학의 성배(상온, 상압 초전도체)라는 것을 예측하거나 결정적이지 않다는 점에 주목했습니다.

그들은 함께 흥미롭고 매력적인 그림을 그립니다. 최소한 TK-99는 상온 및 주변 압력에서 수행할 수 있는 잠재력을 가진 초전도체에 대한 새로운 연구 라인을 제안하는 매우 흥미로운 재료입니다.

이 재료는 합성하기 어렵습니다. 구리를 올바른 위치에 배치할 가능성이 낮고 수율이 낮기 때문입니다.

그러나 반자성이지만 매우 작은 개별 플레이크 또는 결정 입자를 분리하는 것이 가능합니다. 이 작은 결정 입자의 내부에는 부분적인 플럭스 피닝/부양을 초래하는 1차원 '초전도' 채널이 있지만 이러한 채널은 전류가 어떤 방향으로도 흐르지 못하기 때문에 완벽하게 고정되지 않습니다. 초전도 에너지 밴드는 약간의 무질서에 대해 탄력적이며 큰 온도를 요구하지 않고도 잘 수행할 수 있도록 방향이 지정되어 있습니다. 부상하는 박편은 단순한 반자성체가 아니지만 1차원 전도 경로는 저항 측정을 어렵게 만들 수 있습니다(예: 이방성 저항? - 내 추측).

 

모든 것이 실험적 검증에 달려 있다는 점을 다시 한 번 말씀드리지만, 빠르게 발전하고 있는 이 과학적 돌파구를 읽고 공유하는 것은 매우 흥미로운 일입니다.

 

출처 

@Andercot