安安你好，小弟理组，但是是理组里的文组，简称玟组
看你的描述，这个宏观的量子相干态是不是类似这影片中提到的爱因斯坦凝聚啊？
https://youtu.be/rmC3ZhIHHi4
这东西会不会造成世界末日啊？有没有八卦？
※ 引述《Eriri (英梨梨)》之铭言：
: 小弟也算是做过超导材料方面的研究
: 虽然是做理论的 平常只看过发在期刊上 经过严格处理过 漂亮的实验图表数据
: 没看过发表以前的那些原始实验数据
: 只是难得看到这次那么多人关心超导 这几天稍微扫了下文章
: 周末有空就在板上说些个人想法 顺便给点科普
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: 首先 先简单介绍超导体
: 超导体并不是电阻极小的导体 而是根本和导体在物理上就有本质性的不同
: 为什么一般物质 无论导体或绝缘体 都一定有电阻?
: 因为一般物质 基本可以想成是一大堆电子各自独立运动的集合
: 个别粒子运动时总是会被各种粒子或杂质所散射 于是无可避免地会有电阻
: 但这种单粒子组合在一起的图像 却不适用超导体
: 超导体是种宏观的量子相干态(Macroscopic Quantum Coherent State)
: 没有真正确定的粒子数 因为 单粒子图像根本并不适用于超导体
: 这听起来很玄妙...但这就是量子世界的本质
: 举个更有名例子 大家或许听过 一个电子要是处于量子态中 那么它的位置就不是确定的
: 对于量子相干态而言 它实际上就处于一种不同粒子数形成的叠加态中
: 可以想像成 在超导体 电子因为某些原因
: 像是"融化"一般 失去了独立的粒子意义 形成一个整体
: 于是 整个超导体的电流流动 也是一整体的
: 所以不会被微小的散射所影响 这就是为什么超导体没有电阻的原因
: 接下来说下超导体的历史 以及它们在物理上的意义
: 超导体是1911年 在量子力学被确立前就发现的
: 第一个被接受的理论解释 要等到将近五十年以后的BCS理论
: BCS理论有几个重要的元素:
: 1. 就是我之前提到的 超导体是宏观的量子相干态
: 宏观量子相干态在波色子中很常见
: 由于玻色子的统计性质 波色子在温度够低时会产生凝聚(Condensation)
: 在这种凝聚下 单粒子图像就此消失 形成了宏观的量子相干态
: 事实上 雷射也属于光子形成的宏观量子相干态
: 2. 但电子是费米子 而费米子无法单独产生凝聚 那么 是什么导致超导体中的凝聚现象?
: BCS理论中认为 超导体里 产生凝聚的是所谓的库柏对(Cooper Pair)
: 而库柏对是由两个反方向运动的电子配对而成 和费米子不同 于是这些库柏对能产生凝聚
: 3. 那么 是什么导致两个电子能产生库柏对呢?
: 毕竟 电子之间是斥力 原则上似乎不应该产生配对(实际上更微妙些 但这里不多做讨论)
: BCS理论给的答案是 由于电子和晶格之间作用力 导致两个反方向的电子能形成库柏对
: 有个简单的古典图像: 当第一个电子经过一个晶格 由于电子和晶格的作用力 扰动了晶格
: 这个晶格影响了另一个反方向经过的电子 等效地产生了两个电子间的吸引力
: 最终形成了库柏对
: 我想再提 1:超导体是量子宏观相干态 和 2:古柏对产生凝聚而形成的宏观量子相干态
: 这两个基本上是理解超导现象的核心概念 不只是BCS理论而已
: 想要绕过1和2去构造超导理论 不太现实或不太符合其他实验
: 大多数理论都是关注于如何产生古柏对
: 总之 BCS理论非常漂亮地解释许多超导现象 甚至 不只是如此
: BCS理论直接启发了后来自发对称破缺和希格斯机制的概念 后者是现代高能理论的核心
: 但是 依然有很多超导体是无法用BCS理论解释的
: 其中最有名的 大概是铜氧体系超导 一般大家印象中的高温超导 常常就是铜氧超导
: 铜氧体系超导 当初是个超乎意料的发现 因为这个体系的超导
: 是将本来是绝缘体的材料 做电子或电洞的参杂 最终形成超导
: 你可以想像: 本来应该是绝缘体的材料 为何突然间就形成超导?
: 这背后的物理至今依然没有共识 但带出来很多丰富的研究和想法 篇幅有限 就不多细讲
: 但我想说的是 很多人以为没有理论能解释高温超导 这句话不算很精确
: 因为 如果单独只有超导部分的话....理论其实还不算少
: 高温超导真正复杂的地方 是包含超导在内的整张相图(如下图) 而不单只有超导本身
: https://imgur.com/a/kqmjFqr
: 没有理论能让所有人都满意地解释整张相图的现象 也没有太多实验手段能轻易分辨理论
: 对错
: 总之呢 自从铜氧超导被发现以来 也经过了将近四十年
: 这段时间并不是没有进步 例如发现了别的体系的超导 像是铁基超导
: 不管怎么说 这些超导体在常压下的临界温度 离常温看起来的确还有不小的距离
: 这自然也是为什么 这次的LK-99那么多人关注
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: 那么 终于可以回到大家最有兴趣的 韩国团队这次的LK-99 到底是不是超导?
: 至少我不能提供答案 而且...我怀疑 目前也没有人敢斩钉截铁的回答
: 毕竟 那些新的超导体系 常常是由不专门做超导的人所发现的
: 这么说有点夸张 但超导的历史的确包含着许多的打脸史
: 不真的做实验 是没有人能够百分百确认的
: 但我还是可以给些关于超导实验的科普 以及个人看法
: 各位当作是我个人偏见就好了 不必太在意
: 确认超导体所需要的实验 往往至少需要以下几个
: 1. 电阻对温度(R-T)曲线
: 理想上 R-T曲线在临界温度以下是0 然后在临界温度有个不连续的跳跃 长这样
: https://imgur.com/AchTVk5
: 实际上当然不一定会那么理想 不一定直接掉到0 而可能会有个很小的区间降到极小电阻
: 论文中的R-T曲线是这样 的确在摄氏127度附近 有个从很大电阻跳到较小电阻的
: https://imgur.com/a/58ZIiIg
: 但那个较小电阻...其实不是真的很小 而且维持很长区间 然后到摄氏60度左右才掉到更
: 小的值
: 这种降到极小电阻的方式 不太像超导
: 但反过来 同样的...我暂时想不到太多
: 其他能解释从高温到低温 电阻突然从大跳到小的相变
: 2. 磁化率对温度
: 相信大家最耳熟能详的超导体特征 所谓的迈斯纳效应(Meissner effect)
: 这效应最直观的表现就是磁浮 这个磁浮是由于超导导致的抗磁性而产生
: 但其实抗磁性甚至是磁浮 只是超导的必要条件 不是充分条件
: 室温下能够磁浮的非超导抗磁性物质是存在的
: 但这两者的机制毕竟是不同的 是可以透过测量磁化率来判别的
: 首先是 一般的抗磁性 磁化率对温度的变化是连续的 而超导体在临界温度会有个跳跃
: 再来 某些(type 2)超导体 外加磁场会造成磁涡漩 破坏一小部分的超导
: 所以在没有外加磁场(ZFC) 或有外加磁场(FC)情况下 测量磁化率的过程 得到曲线不同的
: 原则上type 2超导体的磁化率对温对曲线应该是长这样
: https://imgur.com/akDQXd9
: 在临界温度以下 ZFC和FC是分岔的 接近临界温度时有个跳跃 临界温度以上则是相对平坦
: 在文章里 虽然ZFC和FC看起来的确在临界温度下有分岔 但不知道临界温度以上的行为
: https://imgur.com/a/IfxHip4
: 这种分岔也可能有其他未知来源 甚至可能来自测量背景值的误差
: 3. 比热
: 由于超导是种相变 比热在临界温度时应该会有不连续的变化
: https://imgur.com/a/hyEA6r7
: 如果说上面两个测量 多少还有点超导的迹象 那比热大概是最不像超导
: 这个前几天有板友提了
: https://imgur.com/a/Z1AS2Lq
: 我或许可以帮忙试着找点理由 比起电磁性质 热性质可能比较微妙 来源不一定只有电子
: 考虑到临界温度超过摄氏一百度以上 其他自由度(例如晶格)也有可能对比热有贡献
: 所以想独立看到超导相变造成的比热变化 说不定需要更详细的实验方法
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: 总之 我的个人心得是 从这篇文章给的数据...乍看起来的确有些看起来像超导的迹象
: 但文章的数据和图表 都存在很粗糙的地方 这不是很好的征兆
: 因为可能有些看起来像超导的迹象 是来自实验或数据处理的疏忽
: 考虑到...这毕竟不是正统实验室 加上似乎团队有内哄
: 而且 这是个临界温度超过摄氏一百度的超导 某些实验手段可能没那么方便
: 那也不是完全不能理解
: 反过来想 另一方面 同样的也还没有证据证明这"不是"超导
: 比起文章品质...我个人不太相信的原因 主要还是 考虑到电子的性质和能量尺度
: 常压下摄氏一百度以上电子宏观量子相干态...真的是超乎想像
: 作者花了些篇幅提供超导的来源机制 但我觉得他们的理论解释 只是让我觉得更不太合理
: 而且他们尝试用一些过去的理论 去解释常压下临界温度摄氏一百度的超导
: 终究也没太大的必要 毕竟 他们宣称发现的超导 要是成真的话 是如此超越常识
: 综观超导体的历史 都是实验驱使新理论的诞生 理论其实的预测能力有极限
: 要是LK-99最后证明真的是常温超导 那肯定会驱使并帮助 物理学家探索新的超导机制
: 但我还是希望 无论是不是这次的LK-99 有一天终究会发现室温超导!
: 毕竟 材料世界的复杂度和可能性 终究还是超过人类目前经验和理论的边界太多了
: 这也是为什么 就像我提的 虽然这篇文章很多很粗糙的地方
: 但还是有些平常认真做超导研究的实验组 愿意真的花时间和资源来做实验验证
: 我也知道大家都很期待早日知道结果 但从生长样品到完成数据整理 真的没那么快
: 即使考虑到原作者说制作起来不难 但也不是三四天内就能做完所有分析 给出肯定答案
: 毕竟 无论是实验量测 或者数据分析 都需要仔细处理去掉其他变因 才能得到真正的答案
: 至少我目前没看到很肯定 到底是或不是超导的实验结果
: 也没听到什么可信的消息源有答案
: 倒是看到很多消息被不精确翻译或理解 而失去了原意 或者根本不知消息的来源
: 还是静观其变 至少再等一到两个礼拜再来判断吧