https://phys.org/news/2023-08-newly-material-properties-advantageous-superconductivity.html
LK-99는 요즘 전 세계적으로 뜨거운 논쟁이 되고 있는 물질의 이름으로, 한국의 한 연구그룹은 2023년 <>월 말 프리프린트 서버 arXiv에 상온과 상기압에서도 초전도체가 될 수 있다는 결과를 발표했다. 현재까지 알려진 초전도체는 매우 낮은 온도로 냉각되거나 극도로 높은 압력에 노출될 때만 특성을 유지합니다.
이 가정이 확인되면 큰 돌파구가 될 것입니다. 이러한 고온 초전도체는 재료 과학의 "성배"라고 반복해서 언급되어 왔습니다. 이러한 재료는 우리가 전기를 생성, 운송 및 저장하고 전기 모터를 사용하는 방식에 혁명을 일으킬 것입니다. 그러나 여전히 정당한 의심이 있습니다.
비엔나 공과대학(TU Wien)에서 이 물질은 이제 컴퓨터 시뮬레이션으로 분석되었으며 몇 가지 흥미로운 발견이 이루어졌습니다. 계산된 전자 상태는 실제로 초전도성에 매우 유리합니다. 물론 이것은 아직 초전도성의 증거는 아니지만 새로운 물질에 진지한 관심을 기울여야 하는 또 다른 이유입니다.
첫 번째 단계는 밴드 구조입니다
Northwestern University Xi™an의 Liang Si 교수와 TU Wien의 고체 물리학 연구소의 Karsten 교수는 발견이 알려진 직후 신소재 LK-<>를 분석하기 위해 컴퓨터 시뮬레이션을 시작했습니다. "재료의 소위 밴드 구조가 매우 중요합니다"라고 Karsten Held는 설명합니다. "그것은 이 물질의 전자에 대해 속도와 에너지의 어떤 조합이 가능한지 알려줍니다. 이 밴드 구조를 알면 재료의 전기적 특성에 대해 많은 것을 알 수 있습니다."
밀도 함수 이론을 사용하여 Liang Si와 Karsten Held는 이 밴드 구조를 계산할 수 있었습니다. 전자 사이의 전기적 반발력은 순수한 형태의 물질이 실제로 소위 모트 절연체, 즉 어떤 의미에서는 초전도체와 반대되는 의미에서 전류를 전혀 전도하지 않는 물질이어야 함을 의미합니다.
따라서 실험에서 물질의 도핑된 버전이 의도치 않게 사용되었을 것입니다. 그리고 이러한 종류의 도핑에 의해 여분의 전자가 재료에 추가되면 (또는 그 반대로 제거) 결과가 완전히 다르게 보입니다.
"우리는 띠 구조에서 상대적으로 평평한 선을 볼 수 있으며, 그러한 띠 구조에서 초전도성으로 이어질 수있는 다른 메커니즘이 있다는 것을 알고 있습니다."라고 Held는 말합니다. 따라서 LK-99 (적절한 도핑을 가진)가 초전도체일 가능성의 영역 내에 있는 것 같습니다. "이것은 초기 실험에서 LK-99가 상자성 절연체라고 결론을 내린 베이징의 다른 연구 그룹에 의해 확인되었습니다. 잠재적으로 초전도를 가능하게 하는 밴드 구조를 얻기 위해 재료를 도핑해야 합니다"라고 Held는 말했습니다.
다른 3 개의 연구 그룹도 밀도 함수 이론 계산을 동시에 수행하여 비슷한 결과를 얻었습니다. "이것은 아직 고온 초전도의 증거가 아닙니다. 여전히 초전도체가 아닐 가능성이 있습니다. 그러나 우리의 결과는 적어도 오랫동안 추구해 온 고온 초전도체가 될 수 있다는 희망을 키워줍니다."라고 Held는 말합니다.
Superconductivity or diamagnetism?
When a superconductor is placed on a magnet, electric current begins to flow on the surface of the superconductor, which in turn generates a magnetic field. The superconductor is repelled by the magnet and can thus float above the magnet. Therefore, one of the central arguments that LK-99 is a superconductor was a video showing LK-99 floating above a magnet. These experiments have since been confirmed by other experimental groups.
Criticism has been voiced, however, that this could be a different effect—there are, after all, various forms of magnetism. The best known is ferromagnetism, shown, for example, by pieces of iron that can be attracted with a magnet. Paramagnetic materials can also be attracted with a magnet, but unlike iron, they cannot be permanently magnetized themselves. The opposite of this is diamagnetism: diamagnetic materials are repelled by a magnet.
"Thus, it is conceivable that LK-99, if suspended above a magnet, could also be an ordinary diamagnet. This has also been repeatedly suspected in recent days," says Held. However, according to the theoretical calculations, he himself now considers this to be less likely.
"The electronic properties that we have calculated do not lead us to expect that LK-99 is a diamagnet. On the contrary, given the distribution of electrons, one would rather expect that LK-99 should be paramagnetic." The Beijing experiments show exactly that, a paramagnetic insulator. This would mean that levitation of the LK-99 samples would indeed indicate a transition to the superconducting state.
So has the "Holy Grail of materials science" now been found? Many more steps are needed to verify this. "There are still very good reasons to be skeptical," says Held. "I wouldn't bet my money at the moment that this is indeed a high-temperature superconductor—at least not at 1:1 betting odds. But the results at least show that LK-99 is indeed a very interesting material that deserves closer attention. It remains exciting."
More information: Liang Si et al, Electronic structure of the putative room-temperature superconductor Pb9Cu(PO4)6O, arXiv (2023). DOI: 10.48550/arxiv.2308.00676
Journal information: arXiv
요약))))))))))))
LK-99이라는 이름의 물질이 최근 전 세계에서 뜨거운 논쟁의 대상이 되고 있습니다. 한국 연구 그룹은 2023년 7월 말 arXiv의 사전 인쇄 서버에서 이것이 실내 온도와 정상 대기압에서도 초전도체가 될 수 있다는 결과를 발표했습니다. 지금까지 알려진 초전도체는 매우 낮은 온도로 냉각되거나 극도로 높은 압력을 받을 때만 그 특성을 유지합니다. 이 가정이 확인된다면 이것은 엄청난 돌파구가 될 것입니다. 이러한 고온 초전도체는 재료 과학의 "성배"으로 여러 차례 언급되었습니다. 이러한 물질은 전기를 생성, 전송 및 저장하는 방식과 전기 모터를 사용하는 방식을 혁신할 것입니다. 그러나 아직 정당한 의문이 남아 있습니다.
TU Wien (Vienna)에서 이 물질이 컴퓨터 시뮬레이션으로 분석되었고 몇 가지 흥미로운 발견이 있었습니다: 계산된 전자 상태는 실제로 초전도에 매우 유리합니다. 물론 이것은 아직 초전도의 증거가 아니지만 새로운 물질에 진지한 관심을 기울일 다른 이유입니다.
Prof. Liang Si of Northwestern University Xi'an과 TU Wien의 고체물리학 연구소의 Prof Karsten은 새로운 물질 LK-99의 발견이 알려진 직후 컴퓨터 시뮬레이션을 시작했습니다. "물질의 소위 밴드 구조가 중요합니다,"라고 Karsten Held가 설명합니다. "그것은 이 물질에서 전자가 가능한 속도와 에너지의 조합을 알려줍니다. 이 밴드 구조를 알면 물질의 전기적 특성에 대해 많은 것을 말할 수 있습니다." Liang Si와 Karsten Held는 밀도 함수 이론을 사용하여 이 밴드 구조를 계산할 수 있었습니다. 전자간의 전기적 반발력 때문에 순수한 형태의 물질은 실제로 소위 Mott 절연체여야 합니다 - 전류가 전혀 통하지 않는 물질, 초전도체의 반대 개념입니다.
하지만, 이 물질의 구조는 매우 특이합니다. 이것은 납-아파타이트 구조로 알려져 있습니다. 이 구조에서는 납 원자가 산소 원자와 결합하여 산소 삼각형을 형성합니다. 이 산소 삼각형은 전자가 통과할 수 있는 통로를 만듭니다. 이러한 통로는 전자가 전달될 수 있는 방법을 제공하며, 이것은 초전도에 매우 중요합니다.
또한, 이 물질에는 구리 원자가 포함되어 있습니다. 구리 원자는 전자를 빼앗아서 전자가 부족한 상태를 만들 수 있습니다. 이것은 전자가 더 쉽게 흐르게 하여 전기 전도도를 높일 수 있습니다. 이러한 특성은 초전도에 유리할 수 있습니다.
그러나, 아직도 많은 의문이 남아 있습니다. 이 물질이 실제로 초전도체인지 아닌지에 대한 확실한 증거는 아직 없습니다. 추가적인 연구가 필요합니다. 하지만, 이 물질의 발견은 매우 흥미롭고, 재료 과학에서의 중요한 발전으로 간주됩니다.
작성일 : 23-08-04 01:13
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