LK-99 是否常压室温超导材料?

知乎问题:韩国研究人员声称发现常压室温超导材料,具体情况如何?可信度有多高?

最近热议的 LK-99 材料也许真的可能具有室温常压下的超导属性或超导相,至少也可能是一种新型的复杂多相的,值得进一步研究的新材料。从超导理论上来讲,他们提出了两个特别值得关注的要点:一个是此超导相可能是一个准一维结构;另一个是微小的晶格压缩可以产生巨大的内应力。这两点可能真是实现室温常压超导的必要条件。然而高温(二型)超导的物理机制并没有解决,传统的BCS理论并不适用。那么,新机制应该是什么样?

 正如当年粒子物理的自发对称破缺 (NJL模型) 机制借鉴了BCS-Bogoliubov 超导理论,新的超导机制也许也应该借鉴一下粒子物理的观点。手征对称破缺(chiral symmetry breaking)是夸克凝聚(quark condensation),质量生成的Higgs机制,和 QCD 真空形成的关键。这里核心的思想是手征相反的夸克与反夸克的凝聚。也许,新超导机制应该摒弃 Cooper 电子对的概念,取而代之的是手征相反的电子和空穴对的凝聚 (<eLhR>, <eRhL>),或者更准确地说是Bogoliubov 准粒子的手征凝聚。要满足这样的手征凝聚,超导材料在其邻近结构里要同时包含手征相反的接近费米面的电子和空穴。高温超导的掺杂正是要引入这样的手征破缺。

这两个体系有着惊人的相似。QCD 是强关联系统,高温超导也被认为是强关联系统。描写 Mott 绝缘体的 Hubbard 模型与自发对称破缺的 NJL 模型很相似。这可能就是为什么高温超导材料的母体常常是 Mott 绝缘体。掺杂正是引入邻近结构的手征性,从而导致手征凝聚,进入超导相。而韩国人指出的LK-99 材料存在的准一维结构和内应力可能正是达到室温和常压的关键。我不是超导领域的专家,所以以上的猜想仅仅是我从基础物理的角度产生的直觉推测。

而这一新超导理念也与我近来发展的镜像理论(mirror matter theory)不谋而合。镜像理论提出宇宙早期存在时空维度(1维到4维)的相变。超导相的准一维结构大概对应2维时空的镜像模型(SMM2,SMM2b)(宇宙在大约 1016 GeV 温度下的暴胀)。相比与3,4维时空下的夸克凝聚,2维时空下的马约拉那(Majorana)费米子凝聚要有高得多的临界温度。所以一维超导也许正是达到室温或更高温度的条件。所有的镜像模型的费米子凝聚都来源于手征和镜像对称破缺,二型超导的物理机制很可能来自于类似的机制。

这次的LK-99现象,或者其精彩纷呈的乱象也罢,还进一步启示我们世界科研体制革新的迫切。这两位韩国研究者的二十多年如一日的钻研精神确实让人感动 (又是一例我之前博文的佐证),但他们的研究几乎得不到任何主流学术机构(基金,期刊)的支持(特别是在早期)更值得我们深思。我们的主流学术社会对真正高风险高回报的研究的支持度越来越低,取而代之的是学术垄断和对权威的盲从。精密的科学研究也许正需要一种精密的同行评议体系才能打破现状。论文 “A Robust Community-Based Credit System to Enhance Peer Review in Scientific Research” 对这样的一种体制给出了详尽的探讨。在这样的新体制建立起来之前,我们的创新研究还会继续经受如此的磨难。

August 14, 2023
Last modified: August 14, 2023