超导体的主要性质是 0 电阻和抗磁性,0 电阻好理解,但是不好测量;抗磁性就是大家说的磁悬浮那个性质,这个好测量,所以一种新材料是不是超导体,一般测量抗磁性作为判据。
(资料图片)
LK-99 是不是常温常压超导体呢?有可能。目前来看还没有电性判据能够说明常温常压下的 LK-99 是超导体,有报道说电阻很高,比铜的导电性还差,但是测量体现出来如此之高的抗磁性,不能否定这是超导体的可能性,非超导体具有这么高的抗磁性,确实不多。
也有一种可能性,这是一种以前我们不知道的高抗磁性材料,产生高抗磁性的机理和超导体不一样。
1. 简单解释一下超导体的机理。
电子与电子是相互排斥的,同一个量子体系当中不能有两个电子处于同一个量子状态,这样很多电子就会在能量的台阶上越积越高,这种粒子叫做 " 费米子 ",这种相互排斥叫做 " 泡利不相容 "。而以光子为代表的 " 玻色子 ",则不服从泡利不相容,大量的玻色子可以一起堆积在能量最低的状态上。
1957 年 BCS 理论解释了超导体的机理。在超导体当中,由于原子核组成的晶格网络的存在,两个电子能够在晶格的帮助下形成动量相反的一对,物理学家把这一对电子看作一个准粒子,叫做 " 库伯对 "。库伯对的能量比满足费米子规则的电子海的能量更低,需要外界输入能量才能打破库伯对,超导体当中的电子倾向于形成越来越多的库伯对,都待在那个较低的能量水平上,这就好像两个费米子结合成了一个玻色子,全部堆积到最低能量状态上一样。
需要注意的是,库伯对电子并不是在空间当中两个电子成双成对,而是在动量空间里面成对的,也可以说是在希尔伯特空间里面联系起来的。
堆积在最低能量状态上的一大堆玻色子(库伯对也是),我们叫做 " 玻色 - 爱因斯坦凝聚 ",除了超导体之外,还有一种常提到的例子是超流体,比如液氦,超流体可以永不停息地在环状容器当中流动,也可以没有任何阻碍地穿过任何毛细管,超导体没有电阻,超流体没有粘性。
这样的物质,就好像不再是许许多多的粒子组成的,而像是一个整体,肉眼可见的宏观物体可以用一个波函数来描述了,就好像我们的社会当中每个人都没有了自己的思想,全都向着一个方向进行 " 伟大的进军 "。
2. 对投资有什么影响?
简单说就是没有影响。
划时代的材料革命,需要划时代的产品,也需要漫长的时间。我举一个革命性的材料的例子:不锈钢。
不锈钢便宜、结实、可回收,全球产量 5500 万吨。不锈钢的发明可以追溯到 1904 年,1912 年 304 不锈钢前身就拿到了专利,在钢铁工业已经非常成熟的前提下,不锈钢的大规模使用是 30 年代的事情了,克莱斯勒大厦使用了不锈钢结构,不锈钢也少量用在飞机上。
所以就算 LK-99 真的是第一种常温常压超导体,要真正商业化应用,可能也是 20-30 年之后的事情。
离我们更近的例子是石墨烯,石墨烯的基础工作大约是 2004-2005 年之间的事情,2010 年就获得了诺贝尔物理学奖,学界和工业界不可谓不重视。但是现在石墨烯有哪些大规模应用呢?还只是在部分材料如电池电极当中作为少量改性成分存在而已。
至于说石墨烯对石墨有多大的带动作用,更是天方夜谭,所以 LK-99 的主要成分,铅或者铜,需求应该也没什么太大变化。
顺便说一句,BCS 理论的提出者,巴丁、库伯、施瑞弗 1972 年获得诺贝尔奖,之后几十年超导体才有一定的应用。这还是物理学当中离实践最近的材料学,基础研究到商业化应用,很少有 30 年之内快速发展的例子。
3. 开个脑洞。
既然库伯对是 2 个费米子电子结成一对,表现出玻色子的性质,形成玻色 - 爱因斯坦凝聚,那么有没有可能有 4 个电子、6 个电子结成玻色子性质的准粒子呢?有没有可能 LK-99 只是一种高抗磁性物质,而不是超导体呢?
既然宇宙中存在着所有的电子都处于简并态的物质(白矮星就是电子简并态物质),那么从 2 个电子构成准粒子,到 4 个 6 个电子,一直到许许多多个电子构成准粒子,似乎也不是那么奇怪的一件事情嘛。
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