LK-99 je naziv materijala o kome se ovih dana vodi žestoka debata širom sveta: Korejska istraživačka grupa objavila je rezultate krajem jula 2023. na serveru za preštampu arXiv sugerišući da bi to mogao biti superprevodnik čak i na sobnoj temperaturi i normalno atmosferski pritisak. Do sada poznati superprovodnici zadržavaju svoja svojstva samo kada se ohlade na veoma niske temperature ili podvrgnu ekstremno visokom pritisku.
Ako se ova pretpostavka potvrdi, to bi bio veliki napredak. Takav visokotemperaturni superprovodnik je više puta spominjan kao „Sveti gral“ nauke o materijalima. Takav materijal bi revolucionirao način na koji proizvodimo, transportujemo i skladištimo električnu energiju i koristimo električne motore. Ipak, i dalje postoje opravdane sumnje.
Na TU Vien (Beč), materijal je sada analiziran kompjuterskim simulacijama i napravljena su neka zanimljiva otkrića: Izračunata elektronska stanja su zaista prilično povoljna za superprovodljivost. Naravno, ovo još uvek nije dokaz supravodljivosti — ali je još jedan razlog da se obrati ozbiljna pažnja na novi materijal.
Profesor Liang Si sa Univerziteta Northvestern Ksi’an i profesor Karsten sa Instituta za fiziku čvrstog stanja na TU Beču započeli su kompjuterske simulacije za analizu novog materijala LK-99 odmah nakon što je otkriće postalo poznato. „Takozvana trakasta struktura materijala je ključna“, objašnjava Karsten Held. „To nam govori koje su kombinacije brzine i energije moguće za elektrone u ovom materijalu. Ako znate ovu strukturu traka, možete puno reći o električnim svojstvima materijala.“
Koristeći teoriju funkcionalne gustine, Liang Si i Karsten Held su bili u stanju da izračunaju ovu strukturu traka. Ispostavilo se da električno odbijanje između elektrona znači da bi materijal u svom čistom obliku zapravo trebalo da bude takozvani Motov izolator – materijal koji uopšte ne provodi nikakvu struju, u određenom smislu suprotno od superprovodnika.
U eksperimentima je, prema tome, verovatno nenamerno korišćena dopirana verzija materijala – tj. ona u koju su ugrađeni određeni dodatni atomi. A kada se dodatni elektroni dodaju (ili obrnuto: uklone) materijalu ovakvom vrstom dopinga, rezultat izgleda potpuno drugačije.
„Vidimo relativno ravne linije u strukturi trake i znamo da postoje različiti mehanizmi koji mogu dovesti do supravodljivosti u takvoj strukturi traka“, kaže Held. Dakle, čini se da je u domenu mogućnosti da je LK-99 (sa odgovarajućim dopingom) superprovodnik. „Ovo potvrđuje još jedna istraživačka grupa iz Pekinga, koja je u početnim eksperimentima zaključila da je LK-99 paramagnetni izolator. Morate da dopirate materijal da biste dobili strukturu traka koja potencijalno omogućava superprovodljivost“, rekao je Held.
Tri druge istraživačke grupe su takođe izvršile proračune teorije funkcionalne gustine u isto vreme sa sličnim rezultatima. „Ovo još nije dokaz visokotemperaturne supravodljivosti; još uvek je moguće da to nije supravodnik. Ali naši rezultati barem pothranjuju nadu da bi to zaista mogao biti dugo traženi visokotemperaturni superprovodnik“, kaže Held.
Kada se superprovodnik stavi na magnet, električna struja počinje da teče na površini superprovodnika, što zauzvrat generiše magnetno polje. Magnet odbija superprovodnik i tako može da lebdi iznad magneta. Stoga je jedan od centralnih argumenata da je LK-99 superprovodnik bio video koji prikazuje LK-99 kako lebdi iznad magneta. Ove eksperimente su od tada potvrdile druge eksperimentalne grupe.
Izražene su, međutim, kritike da bi ovo mogao biti drugačiji efekat – na kraju krajeva, postoje različiti oblici magnetizma. Najpoznatiji je feromagnetizam, prikazan, na primer, komadima gvožđa koji se mogu privući magnetom. Paramagnetni materijali se takođe mogu privući magnetom, ali za razliku od gvožđa, sami se ne mogu trajno magnetizirati. Suprotno od ovoga je dijamagnetizam: dijamagnetne materijale odbija magnet.
„Dakle, moguće je zamisliti da bi LK-99, ako je okačen iznad magneta, mogao da bude i običan dijamagnet. Na to se takođe više puta sumnjalo poslednjih dana“, kaže Held. Međutim, prema teorijskim proračunima, on sam sada smatra da je to manje verovatno.
„Elektronska svojstva koja smo izračunali ne navode nas da očekujemo da je LK-99 dijamagnet. Naprotiv, s obzirom na distribuciju elektrona, pre bi se očekivalo da bi LK-99 trebao biti paramagnet.“ Pekinški eksperimenti pokazuju upravo to, paramagnetni izolator. To bi značilo da bi levitacija uzoraka LK-99 zaista ukazivala na prelazak u superprovodljivo stanje.
Dakle, da li je „Sveti gral nauke o materijalima“ sada pronađen? Potrebno je još mnogo koraka da se ovo potvrdi. „Još uvek postoje dobri razlozi da budemo skeptični“, kaže Held. „Ne bih se kladio u svoj novac u ovom trenutku da je ovo zaista superprovodnik na visokim temperaturama — barem ne sa kvotom 1:1. Ali rezultati barem pokazuju da je LK-99 zaista veoma interesantan materijal koji zaslužuje bliže pažnja. Ostaje uzbudljivo.“
Zanimlijvost u vezi sa prezentacijom otkrića na sajtu univerziteta je propust koji su istraživači napravili prilikom demonstracije. Naime, materijal LK-99 su naneli u tankom sloju preko bakarne pločice koja u eksperimentu služi kao nosač. U demonstraciji, stalni magnet je više puta približen i udaljen od pločice, čime se navodno demonstrira takozvano ‘potiskivanje polja’ unutar super provodnika, koje je karakteristična pojava – u idealnom superprovodniku ne može postojati elektromagnetsko polje, i ukoliko se isti nađe u ovakvom polju, u njemu se stvara suprotno polje suprotno spoljašnjem, što rezultira momentom (silom) koja fizički pomera superprovodni objekat tako da se udalje od spoljašnjeg polja. Približavanje i udaljevanje, međutim, u običnim provodnicima, poput bakra, indukuje struju, sličnim mehanizmom, pa bi se bakarni nosač superprovodnika, pokretao na vrlo sličan način, i da na sebi nema sloj superprovodnika.
Dalja testiranja materijala će dati odgovore na pitanja koja trenutno postoje u vezi sa svojstvima novog materijala.
