# Майкл Перроне и Джереми Рис о загадках комнатного сверхпроводника LK-99

Источник: https://www.youtube.com/watch?v=jFnA8gwnLms
Канал: Event Horizon
Опубликовано: 17.08.2023

---

В новом выпуске программы Event Horizon ведущий Джон Майкл Годье обсудил с материаловедом Майклом Перроне и физиком Джереми Рисом текущую ситуацию вокруг LK-99 — предполагаемого комнатного сверхпроводника. Исследователи подробно разобрали технологические барьеры на пути к воссозданию корейского материала, проанализировали скрытые механизмы кристаллической решетки и оценили потенциал технологии. В центре дискуссии оказались не только физические аномалии, но и проблемы научной верификации в эпоху медийного хайпа.

## 🛠️ Трудности рецепта и неоднозначность синтеза LK-99
[[JUMP:02:43]]

Попытки воспроизвести материал LK-99 по открытым публикациям столкнулись со значительными трудностями, и, по словам Майкла Перроне, обычная домашняя духовка для этого точно не подойдет. Главная проблема кроется в несовершенстве оригинальной научной статьи, опубликованной на сервисе arXiv. Формула содержит внутренние противоречия в концентрациях химических элементов.

Как объясняет Перроне, если добавить достаточное количество исходных веществ для получения необходимой концентрации фосфат-ионов, то в смеси образуется избыток меди. Если же ориентироваться на правильные пропорции ионов меди, то начинает не хватать фосфата. По мнению Перроне, такая двусмысленность может указывать либо на желание авторов защитить свою интеллектуальную собственность от копирования, либо на то, что материал изначально не работает в заявленном режиме.

Сложность воспроизведения заключается еще и в фазовом поведении компонентов. При стандартных условиях смесь меди, свинца и фосфата склонна формировать низкоплавкое фосфатное стекло, которое активно применяется в индустрии упаковки интегральных микросхем. Из-за слишком сильного деформационного напряжения решетка материала не стремится переходить в кристаллическую фазу. Роль ключевого катализатора здесь играет минерал ланаркит. Перроне утверждает, что именно ланаркит запускает процесс нуклеации кристаллов. В неудачных опытах сторонних лабораторий на выходе получался аморфный стеклянный расплав, тогда как успешные образцы содержали четко выраженные кристаллы.

## 🧲 Физические механизмы: деформация решетки и эффект Яна — Теллера
[[JUMP:06:57]]

Идея корейских физиков строилась на концепции наведенного деформационного напряжения кристаллической решетки (lattice-induced strain). В физике твердого тела хорошо известно, что деформация способна изменять параметры сверхпроводимости. Например, при нанесении тонкого слоя высокотемпературного сверхпроводника YBCO на стеклянную или кремниевую подложку несоответствие шага кристаллических решеток создает напряжение, которое может как понижать, так и повышать критическую температуру. Если напылить несколько слоев YBCO, эффект исчезает, так как последующие слои компенсируют деформацию.

Майкл Перроне отмечает, что до сих пор науке не удавалось создать стабильную объемную фазу, в которой деформационное напряжение сохранялось бы по всей структуре кристалла. В этой связи он упоминает спорную концепцию орбитальной перестройки (ORMUS), которую многие ученые считают псевдонаукой, однако ее сторонники апеллируют к похожим механизмам сильного искажения решетки. 

Для объяснения процессов в LK-99 физики привлекают эффект Яна — Теллера. Его суть сводится к стерическим взаимодействиям между частями молекулы или узлами кристаллической решетки, вызывающим структурные искажения. Подобное явление наблюдается в сверхпроводниках на основе фуллеренов (допированного калием бакминстерфуллерена), где удаление электронов создает подвижный дефект на поверхности молекулы. В подобных системах возникают поляроны или поляритоны, а деформация решетки резко увеличивает степень нелинейности межатомных связей, которые начинают вести себя подобно сжатой или перерастянутой пружине.

При этом Перроне опроверг слухи о том, что корейские ученые использовали искусственный интеллект для предсказания свойств LK-99. По его данным, авторы на протяжении десятилетий развивали идеи своего покойного профессора, пообещав ему довести работу до финала.

## 🔬 Методология верификации: четырехконтактный метод и спектроскопия
[[JUMP:11:06]]

Главным критерием истинной сверхпроводимости остается строгое экспериментальное подтверждение. Базовым тестом является четырехконтактный метод (метод зонда Кельвина). Для него используются четыре микроскопических золоченых контакта, поскольку золото практически не образует оксидной пленки на поверхности и обеспечивает идеальное прилегание к сверхпроводнику.

Однако проведение такого теста сталкивается с двумя серьезными препятствиями:

1.  Необходимость выращивания крупного монокристалла, пригодного для фиксации зондов, что в лабораторных условиях может занимать недели.
2.  Высокий измерительный ток, пропускаемый стандартными четырехконтактными датчиками.

По мнению Перроне, если критический ток LK-99 при комнатной температуре составляет всего около 200 миллиампер, то сам измерительный прибор может перегружать материал и разрушать сверхпроводящее состояние. Чтобы обойти это ограничение, ученым необходимо либо модифицировать датчики, либо охлаждать образец до температур, при которых он сможет выдерживать большую силу тока.

Джереми Рис обращает внимание на то, что большинство независимых лабораторий ограничились получением данных рентгеновской дифракции (XRD) и прекратили изыскания. По мнению Риса, для полноценной проверки необходимо применять сканирующую электронную микроскопию в сочетании с энергодисперсионной рентгеновской спектроскопией (SEM/EDS). Этот метод позволяет обстреливать электронами микрообъекты и по характеру дифракционных пиков с высокой точностью определять локальный химический состав. Рис считает, что только так можно проверить, удалось ли исследователям добиться правильного замещения ионов свинца медью в критическом диапазоне соотношений от 11:1 до 9:1, о котором заявляли авторы открытия.

Процесс допирования в данном случае кардинально отличается от полупроводниковой индустрии. Если в процессорах кремний слегка разбавляют бором или фосфором (доли процента), то в LK-99 требуется ввести около 10% меди прямо в процессе кристаллизации из расплава. Удержать такой объем меди в решетке без превращения структуры в стекло — чрезвычайно сложная материаловедческая задача.

## 💡 Потенциал применения и индустриальные альтернативы
[[JUMP:12:55]]

Даже в случае успеха LK-99 вряд ли приведет к немедленной революции в энергетике. Из-за низкого критического тока в 200 мА при комнатной температуре этот материал невозможно использовать для навивки кабелей магистральных линий электропередач и глобальной перестройки энергосетей.

Тем не менее, Майкл Перроне видит огромные перспективы в сфере низкопотребляющей электроники:

* **Медицинские интерфейсы:** Создание комнатных СКВИД-магнитометров (SQUID), которые используются для сканирования активности головного мозга. Сейчас они требуют охлаждения жидким гелием или азотом, но на базе нового материала их можно будет встраивать прямо в смартфоны, что составит жесткую конкуренцию нейротехнологическим стартапам вроде Neuralink.
* **Квантовая метрология:** Развитие сверхточных датчиков и измерительных систем. Перроне ссылается на мнение физика Сабины Хоссенфельдер, утверждающей, что потенциал квантовой метрологии сильно недооценен. В качестве примера приводится детектор LIGO, способный фиксировать изменения расстояний меньше ширины протона на дистанции в один километр.
* **Локальные энергосистемы:** Использование материала в экстремально холодных зонах (антарктические базы, арктические регионы) и в космическом пространстве, где температурный режим естественным образом повышает стабильность сверхпроводящих фаз.

В плане промышленного освоения Перроне считает технологию вполне масштабируемой. По его мнению, если подтвердится гипотеза о пользе насыщения кислородом (аналогично высокотемпературным лентам YBCO и REBCO), синтез можно будет проводить прямо на воздухе или в частичном вакууме. Для массового вытягивания крупных кристаллов из расплава фосфатного стекла могут быть адаптированы стандартные промышленные установки, применяемые для выращивания кремниевых слитков.

Если же LK-99 окончательно признают тупиковой ветвью, физики видят альтернативу в гидридных сверхпроводниках (соединениях на основе лантана или сероуглеродного гидрида). Фундаментальное преимущество водородных систем заключается в исключительно высокой скорости звука в них, что существенно усиливает куперовское спаривание электронов посредством фононных колебаний решетки. Исследования в области сильно коррелированных электронных материалов открывают путь к созданию квазичастиц, чье математическое описание неожиданно совпало с моделями многомерных вселенных из теории струн.

## 📡 Социология науки, медийные искажения и проекты Sanrel
[[JUMP:24:57]]

Участники беседы затронули тему кризиса доверия к официальным институтам и деструктивного влияния СМИ на популяризацию науки. Джереми Рис отметил странную закономерность: в процессе интернет-гонки за репликацией LK-99 многие частные исследовательские группы и энтузиасты получали обнадеживающие результаты, в то время как крупные государственные академические институты массово публиковали отрицательные отчеты. По мнению спикеров, в этой сфере присутствует сильное влияние политических факторов и лоббизма со стороны частных структур, не заинтересованных в появлении прорывных технологий.

Ведущий Джон Майкл Годье добавил, что современные медиа неохотно публикуют опровержения своих громких заявлений. В качестве исторической аналогии он привел знаменитый радиосигнал «Wow!», пойманный проектом SETI. Несколько лет назад СМИ растиражировали слабую гипотезу о том, что сигнал породили кометы, испускающие излучение на частоте 1420 МГц. Несмотря на то, что астрофизическое сообщество сразу опровергло эту идею, обыватели до сих пор уверены, что загадка сигнала окончательно решена. По мнению Перроне, это доказывает, что обществу необходимо учиться понимать внутреннюю логику науки самостоятельно, не полагаясь слепо на интерпретации прессы.

В финале встречи Майкл Перроне рассказал о текущей деятельности своей компании Sanrel. Все свои изыскания команда принципиально публикует в открытом доступе в рамках open-source инициативы на платформе Hackaday. Недавно проект Sanrel, посвященный биполярным мембранам, стал финалистом престижного технологического конкурса Hackaday Prize в категории Green Hacks.

По утверждению Перроне, данная разработка позволяет создавать неравновесное стационарное состояние и генерировать устойчивый градиент pH, что фактически позволяет напрямую преобразовывать тепловую энергию среды в электричество (пока на уровне нановатт). Перроне считает, что их система успешно обходит ограничения Второго закона термодинамики. По его мнению, классический закон опирается на допущение об эргодичности систем, которое не работает в сильно коррелированных средах с интенсивным межатомным взаимодействием, описываемых уравнениями Редфилда.