韓国が世界初の常温超伝導体を開発？ 127度での超伝導、再現できればノーベル賞確実

常温・常圧超伝導が再び突破された？

今回は韓国の科学者たちです。

彼らは、世界初の常温常圧超伝導体、すなわち改良鉛アパタイト結晶構造を発見したと主張している。

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韓国の物理学者は論文の中でこう述べている。

すべての証拠は、LK-99 が世界初の常温・常圧超伝導体であることを証明しています。

LK-99の誕生は、室温超伝導の分野における大きな進歩を意味し、新たな歴史的時代の幕開けとなります。

このニュースが発表されるとすぐに、インターネット上で瞬く間に話題となり、数分のうちに Hacker News のトップを飾った。

この発見が真実であれば、ロスのないエネルギー伝送が実現し、地球規模のエネルギー消費問題が根本から解決され、人類は電気を使って莫大な力を得ることができるようになるでしょう。

制御された核融合を根本から習得できれば、宇宙を長距離移動することさえ可能になります。

そして、この技術を習得した者が間違いなく世界をリードするでしょう。これはまさにSFが現実になったようなものです。

論文アドレス: https://arxiv.org/abs/2307.12008

しかし、今回は本当でしょうか?

ネットユーザー衝撃「再現できるのか？」

論文が完成したかどうかに関わらず、ネットユーザーたちはすでに論文に対して敬意を表している。

「もしそれが本当なら、核レベルのニュースだ」

「これはおかしい。私は通常、こうした科学的研究には懐疑的だが、これはもっともらしい。

後は、実験結果が再現できるかどうかを待つだけです...」

「興奮を抑えきれません。2020年1月のように、大きな波が押し寄せようとしているのに、まだ誰も気づいていない感じです。生きていることが本当に嬉しいです！今すぐ新聞を読んでください。」

「市場は現在この論文に懐疑的であることに留意してください。たとえ確率が6分の1であっても驚きます。」

「もし室温で超伝導電子デバイスが本当に実現できれば、テラヘルツプロセッサの速度の見通しは非常に魅力的です！」

「もしこれが真実だと証明されれば、本当に大きなニュースになるでしょう。

しかし、それが適用されるまで待たなければならないのであれば、それはおそらくすぐには起こらないでしょう。科学研究の実施が20年遅れる可能性があることは、数え切れないほどの例によって証明されています。 「

「1980年代半ばの高温超伝導体は現在大量生産されており、NMRや核融合のスタートアップ企業で使用されています。

すべての超伝導体のブレークスルーに 40 年かかるとは思いません。それには十分な理由があります。業界のガイダンス、市場の発見などがすべて完了しているからです。 「

どれほど神秘的に聞こえても、論文を注意深く読んでみましょう。

世界初の常温常圧超伝導体？

韓国の科学者らは、化学的手法を用いて常温常圧超伝導体LK99（改質鉛アパタイト）を合成したのは世界初だと発表した。

物質の特性はその構造に由来することは人類にとって古くから知られていましたが、これまでに発見された超伝導体の超伝導性に影響を与える 2 つの主な要因は温度と圧力です。

これは、材料の構造に微小な変形や歪みを引き起こす応力を誘発することで実現し、超伝導に適した電子状態を作り出します。

LK-99 の超伝導は、温度や圧力などの外部要因ではなく、わずかな体積収縮 (0.48%) による構造変形によって生じます。

LK-99 の超伝導性は、臨界温度 (Tc)、ゼロ抵抗率、臨界電流 (Ic)、臨界磁場 (Hc)、マイスナー効果によって証明できます。

図1(a)は、異なる温度（298K-398K）での測定電圧と印加電流を示しています。

図1(b)はLK-99フィルムのゼロ抵抗率を示している。

図1(c)は印加電流の印加磁場(H)への依存性を示している。

図1(e)および(f)では、400Kおよび3000Oe以上では臨界電流値がまだゼロではない(7mA)ことが示されています。

上記の実験データから、LK-99の臨界温度は400K以上であると判断できます。

図2：著者らは、X線回折分析（XRD）とCODデータベースとの照合により、LK-99の結晶構造が多結晶であると判断した（

LK-99 は灰黒色で、一般的な超伝導体と同じ色です。

絶縁性の四面体構造に囲まれた円筒形の柱である 3 次元ネットワーク構造 (下図参照) を持っています。

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下の側面図では、交互に配置されたこれらの円筒形の柱は、2 つの反対の三角形を含む非対称の六面体で構成されています。

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研究者らは、イオン（87 pm）がイオン（133 pm）よりも小さいため、LK-99のイオンの置換により体積が0.48%減少したことを発見した。

ネットワーク部分に応力が発生し、超伝導が発現します。

しかし、LK-99の熱容量曲線（右下の黒い曲線）はデバイモデルに従わず、LK-99は置換により歪んだ構造になっていることが確認されました。

同時に、LK-99のEPR信号図（下図）は、Pb（1）とリン酸の界面に量子井戸（SQW）が存在することを確認しています。

SQWはPb(1)とリン酸酸素の間に構造の歪みとひずみによって生成され、その構造を下図に示します。

これまでの研究とは異なり、LK-99 における超伝導の発現は SQW の形成と密接に関連しています。

ジョセフソンらは、超伝導体間にトンネル効果があることを発見しました。これは、電子がトンネル効果によって量子井戸 (SQW) 間を移動すると、抵抗がゼロになることを意味します。

LK-99のSQW間隔は と予想されることを考慮すると、この時点でSQW間のトンネル効果が発生し、LK-99は超伝導を獲得すると考えられます。

まとめると、LK-99 が常温常圧で超伝導を示す理由は、LK-99 ではイオンの置換によって発生した応力が緩和されず、カラム間界面に適切に伝達されるためです。

この適切な変形により、緩和を引き起こすことなくインターフェースに SQW が生成されます。

論文の最後で研究者らは次のように述べている。「すべての証拠は、LK-99が世界初の室温・常圧超伝導体であることを証明している。」

LK-99 の応用シナリオは非常に幅広く、磁石、モーター、ケーブル、浮上列車、電力ケーブル、量子コンピューターの量子ビット、THz アンテナなどが含まれます。

つまり、LK-99の誕生は、室温超伝導の分野における大きな進歩を意味し、新たな歴史的時代を開いたと言えるでしょう。

前のは叩かれた

今年3月、物理学界に大きな騒動が起こった。米国ロチェスター大学の物理学者ランガ・ディアス氏は、21℃で室温超伝導を達成したと主張した。水素（99％）、窒素（1％）、純粋なルテチウムでできた物質LNHは、21℃、1GPaで超伝導状態を達成した。

もし彼の言ったことが真実なら、それは間違いなくこの分野における破壊的な躍進であり、物理学の聖杯を獲得することに匹敵するものである。

ラスベガスで開催された物理学会議で、このような衝撃的な出来事が起こり、その場にいた著名人たち全員が衝撃を受けた。

しかし残念なことに、ランガ・ディアスの研究結果はそれ以来どの研究室でも再現できていない。

ディアスの単位格子図では、異なる位置にある水素原子が白で、ルテチウムが緑で、水素原子がピンクで示されています。

中国科学院物理研究所も、この偽情報を「暴露」する論文を発表し、ルテチウム水素化物二元化合物（Lu4H23）が71K（-202°C）および218GPaの条件下で超伝導転移を達成したという事実を再現できなかったと述べた。この結果は「室温」でも「常圧付近」でもない。

論文アドレス: https://arxiv.org/abs/2303.05117

以前、最初に知られた超伝導体は、約 25K までしか超伝導状態を維持できませんでした。

1980 年代後半、研究者らは、液体窒素で到達できる温度である 90 K まで超伝導する、いわゆる高温超伝導体を初めて発見しました。

科学者たちは、室温超伝導革命の瀬戸際にいると信じている。

1911年: 最初の超伝導体である水銀が発見された

しかし、これまでのところ、これらの初期の実験で使用された高温超伝導体（主に酸化銅）のいずれも、南極で記録された最低気温よりも低い約 160 K を超える温度でも超伝導性を維持できることは示されていません。

高温超伝導に至る別の予測される道筋があります。モデルによれば、非常に大きな圧力下では、水素は数百ケルビンの超伝導が可能な金属に変化する可能性があるという。

ディアス氏とハーバード大学の博士研究員アイザック・シルベラ氏を含む複数の研究グループは、実験室で金属水素を生成したと主張したが、その状態の存在の決定的な証拠は依然として得られていない。

研究者たちは、より低い圧力で固まる金属水素合金の作成に成功した。

2009年、研究者たちは超伝導体である53番目の元素を発見したと主張した。この主張は、結果の根拠となるデータが操作されていたことが発覚した後、撤回されました。

2015年、ドイツの研究チームは、203 K、155 GPaで硫化水素（H(3)S）の超伝導を報告しました。 4年後、ランタン水素化物（LaH(10)）が250 K、170 GPaで超伝導することが報告されました。最初の室温超伝導体は手の届くところにあるようだ。

2020年10月14日、ディアス氏とその同僚は、水素含有物質である炭化水素水素化物（CSH）が287 K、267 GPaで超伝導状態にあることを発見したとネイチャー誌に発表した。これは初の室温超伝導体である。

しかし、ディアスは後に偽者であることが暴露され、「暗い歴史」で有名になった。

それで、今回の韓国物理学者の研究結果はうまく再現できるのでしょうか?