權威期刊《Nature》刊文直指「LK-99不是超導體」,為什麼一開始大家認為它是?

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《Nature》網站上面的新聞,標題開門見山的寫著「LK-99不是超導體」,看起來事件差不多塵埃落定了,「室溫超導體」並沒有出現,大家白白高興了一場。以下就是「(非)室溫超導體LK-99的一生」,我們以Q&A的方式來呈現:
8月16日發佈在《Nature》網站上面的新聞,標題開門見山的寫著「LK-99不是超導體」,看起來事件差不多塵埃落定了,「室溫超導體」並沒有出現,大家白白高興了一場。
其實自始至終科學界大部分人都是持保留的態度,大眾媒體與社群網路則呈現瘋狂狀態,因為「室溫超導體」如果成真,的確會對人類社會帶來很大的改變。
科學家從一開始的態度就傾向負面,原因之一是要想像能在這麼高的溫度底下超導的機制,其實非常困難,論文預印本呈現的資料也嫌粗糙。
不過在材料的領域,「如果能做出來就是真的,理論什麼的以後再說」。傳統(低溫)超導體發現於1911年,到1957年才有「BCS理論」的解釋,高溫超導體則是在1986年問世,一直到現在機制都還不完全清楚。但是這麼重大的實驗作出來了,當然是要先驗證再說,如果能夠在不同的實驗室重現,就算理論不清楚,大家也會承認那是真的。
以下就是「(非)室溫超導體LK-99的一生」,我們以Q&A的方式來呈現:
Q1:LK-99是什麼?為什麼大家一開始認為它是室溫超導體?
LK-99是一種由銅、鉛、磷和氧組成的化合物。一開始,韓國研究團隊宣稱LK-99在常壓和高達127ºC的溫度下表現出超導性質—零電阻與麥斯納效應(Meissner effect)。這個結果引起全球關注,因為之前的超導態只在極低的溫度和或極高的壓力下存在。
Q2:什麼是麥斯納效應?LK-99有這種效應嗎?
當材料處於超導態時,會完全排斥磁場,這就是麥斯納效應。所以當超導體放在磁鐵上時,超導體變成一個極性相反的磁鐵來抵銷內部磁場,導致超導體可以懸浮在磁鐵上。韓國的研究團隊曾拍攝了一段影片,顯示一個硬幣大小的LK-99樣本在懸浮在磁鐵上,但是有一端是貼著磁鐵的,他們說這是麥斯納效應造成的磁懸浮。
Q3:LK-99如果能磁懸浮的話,那不就是超導的佐證嗎?
老實說那個磁浮有點半弔子,超導體在磁鐵上懸浮時可以旋轉,甚至上下翻轉;而LK-99樣本的某一邊總是黏附在磁鐵上,看起來似乎處於微妙的平衡狀態。
此外,並不只有超導體才會有磁懸浮的現象,「逆磁性」材料也會有,只要外加磁場夠強的話,連青蛙都可以浮起來。不只如此,有一位哈佛大學的前凝態物理研究人員(目前改行去金融業了)利用碳粉加上一點鐵屑,壓製了一片形狀類似的樣品,放在磁鐵上也可以懸浮得起來,而且那個樣子跟LK-99的懸浮方式幾乎一模一樣,這次的樣品是「鐵磁性」材料。
Q4:那LK-99電阻在攝氏一百多度時像超導轉變一樣突然下降,要怎麼解釋呢?
雖然韓國研究團隊觀察到LK-99在此溫度下的電阻急遽下降,電阻率從0.02 Ω‧cm 降了10倍變成0.002 Ω‧cm,但畢竟沒有到零。此外,其他研究團隊發現,由於論文中LK-99的製程採用的銅與硫的比例並不平衡,導致最後的樣品出現了硫化亞銅(Cu2S)的雜質。硫化亞銅在104ºC時會發生相變,讓電阻大幅下降,讓LK-99的電阻量測看起來有點像超導相變,但並不是。
所以,其他團隊都無法重現LK-99的超導性,原始論文所說類似超導體的抗磁性與電阻下降,都可以用其他的更常見的材料特性來解釋。
Q5:其他團隊無法重現,是否也有可能是因為樣品沒做好的關係?
在8月14日,德國的Max-Planck固態研究所的科學家長出了完美的LK-99的單晶,裡面完全沒有硫化亞銅的雜質,量測的結果顯示它是個電阻超級高的絕緣體,帶有微弱的鐵磁性以及逆磁性,跟超導體截然不同。
Q6:可是不是有理論顯示,LK-99的能帶結構可能具有超導體的特徵嗎?
能帶結構(Band structure)是什麼?
又稱電子能帶結構,描述了禁止或允許電子所帶有的能量。材料的能帶結構決定了多種特性,特別是它的電學、光學和熱學性質。
那篇論文有說要在材料結構符合某些條件才行,不過根據美國與歐洲的合作團隊對材料結構進一步研究,重新計算能帶之後發現,這些條件是不成立的。
Q7:LK-99的一生,給我們的教訓是什麼?
科學家們在發表重要發現之前先別興奮過度,必須進行徹底、詳細的實驗驗證。此外,要避免一廂情願的解釋成「石破天驚的大發現」,有時對於實驗結果有更簡單、更直接的解釋,可能才是真相,雖然這種解釋比較不吸引人,也無法讓你拿到諾貝爾獎。最後,科學的「可再現性」依然是重中之重的金科玉律。
Q8:最最最後,難道一點救也沒了嗎?
新穎的材料,特別是新超導體的研究,老實說比起煉金術也好不到哪裡去,「超級純的單晶樣品」不見得是最好的答案。像是在前一代的「高溫超導體」中,也是高純度、無摻雜的材料是絕緣體,必須摻入雜質才會超導。所以或許LK-99會在某種「不怎麼乾淨的結構」下超導也說不定。材料的結構千變萬化,我們很難說「百分之百怎樣」,不過現在看起來,可能性是很低很低啦……
Q9:常溫超導體,真的是遙不可及的夢想嗎?
不會啊,接下來是太空時代,在接近絕對零度的太空中,幾乎所有的超導體都是「常溫超導體」了!超導轉變溫度上不去,把「常溫」降下來就好了嘛!
延伸閱讀
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責任編輯:朱家儀
核稿編輯:楊士範
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我們想讓你知道的是
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網路對現代人的重要性不言而喻,日常生活已與網路密不可分,因此速度夠快、穩定性夠高且安全可靠的上網產品也開始受到大家重視。除了一般在戶外使用手機的行動網路,回到家中更需要可靠的家用寬頻環境。不過提供寬頻上網服務的業者不少,到底該選哪一家、何種規格的上網服務才最穩定可靠,相信也是讀者心中的疑問。
近期由知名市調公司 東方線上所發佈的家用寬頻「2023年消費者網路使用行為與滿意度調查」報告顯示,家用寬頻用戶最常遇到「Wi-Fi效能差」、「連線不穩定」與「網速慢」等困擾,而且由於家中的寬頻網路多半為全家共用,除了同住的家人,學生族群或是小資上班族也會與同學、朋友合租,而面臨多人共用網路的狀況。因此多人同時上網的連線穩定性,儼然成為許多人選擇家用寬頻時的關鍵考量!

在接下來的文章中,我們也將為大家彙整四個選擇家用寬頻的重要關鍵,只要掌握住這幾個訣竅,自然讓你不花冤枉錢不踩雷!

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最近幾年,我們可以從市面上各個家用寬頻業者的宣傳廣告中看到,不少業者都已經標榜使用「光纖網路」,也讓一般消費者難以分辨是否每一家口中所說的「光纖」都是相同規格、相同品質?
若是仔細深究不同業者所使用的固網佈建規格,不難發現到其中有不少「貓膩 」,其中有線電視業者通常採用的是與傳統同軸電纜整合了「混合式光纖架構」,也就是從業者的機房端到用戶家中的網路傳輸線路中,僅有部份採用光纖架構,除了傳輸速度與穩定性可能大打折扣,甚至網路訊號的延遲時間(RTT)也比較高,直接影響玩線上遊戲或是上網搶票的使用體驗!

為了避免上述問題發生,建議大家在選擇家用寬頻時,首選以FTTH「光纖到府」方式提供服務的業者,像是目前家用寬頻龍頭中華電信 HiNet 光世代300M 以上頻寬採用「光纖到府」,確保使用者能享有「一條光纖直通府上」的品質。並且中華電信的線路,從機房端至用戶端,主要佈建在專用的地下電信管道內,如此一來,線路可以受到良好的外在保護,可大幅降低連線品質受到外在環境因素干擾的可能性, 網速體驗自然最快、最穩,也讓通訊延遲更低,讓你連線電競或是上網搶購都快人一步免焦慮!
除了「光纖到府」是關鍵,另一個與上網體驗有關、但卻經常被大家忽略的,就是「國際連線頻寬」的規格,畢竟大家在使用網路時,不會單純只瀏覽或使用台灣本地的網站服務,更多會是跨國連結至國際伺服器的使用型態,若是家用寬頻業者的國際連線頻寬不足,很容易遇到上網尖峰時段發生網路延遲、甚至連線相當緩慢的狀況!值得一提的是,TWINC在今年10月最新公佈的國外連線頻寬統計,全台連外頻寬最大的固網業者正是中華電信 HiNet,頻寬規模是其他業者的 3 倍至 50 倍[1],除了直達路由的延遲較低,也具備多套備援路由,提升國際連網的穩定度,對使用者更有保障!
關鍵二:「雙飆新升代」成主流,升級雙向大頻寬 讓上傳和下載一樣順暢
從最新的家用寬頻「2023年消費者網路使用行為與滿意度調查」中,不難發現到此次調查的結果也延續了去年的趨勢-有愈來愈多消費者傾向於升級更大的頻寬,其中尤其是 101-300M 之間的用戶成長度最高,而隨著家用寬頻龍頭HiNet 光世代積極推動300M、500M方案的「雙向對稱頻寬」2 ,用戶無需額外花費就能體驗到上傳與下載相同速率的極致飆網體驗,不僅避免上傳頻寬壅塞導致影響下載速度的窘境,也符合現代人比過去更仰賴上傳頻寬的使用情境,包括開直播、社群分享大量照片、影片,以及常見的雲端服務、即時通訊工具的檔案分享,都能更有效率!而雙向對稱頻寬的「雙飆新升代」相信也將成為消費者家用寬頻的主流選擇。

關鍵三:不只有線飆速,同步提供最佳 Wi-Fi 無線連網體驗更重要
在此次東方線上的調查中,我們發現到不少消費者的上網需求並非只侷限於有線連網,Wi-Fi 無線連網的需求相對更重要,也產生許多使用上的「痛點」,包括家中無線網路涵蓋的範圍不足、死角過多,使用的 Wi-Fi 分享器不夠穩定、常斷線,或是家中使用者、連網裝置太多,使用者難以自行解決 Wi-Fi 產生的使用問題…等。

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除了手機、平板電腦、筆電…等常見的設備需要無線連網,還有家中愈來愈多的 IoT 智慧物聯網裝置,例如:智慧家電、智慧安防等設備,也同樣需要穩定的 Wi-Fi,所以建議消費者在選擇家用寬頻時,須進一步了解業者是否有同步提供 Wi-Fi連網的佈建服務。以中華電信 HiNet光世代 為例,用戶可以選搭「Wi-Fi 全屋通」的整合服務,在施工的同時,專業工程師也會依據客戶家中環境不同,提供完整的無線網路環境規劃,並搭配優質的 Wi-Fi 6無線路由器,近期更推出最新的Wi-Fi 6E規格,具備更大頻寬、更低延遲速率及低干擾的優勢。如果是大坪數、或是多樓層透天厝,則能透過兩台以上無線路由器組成Mesh Wi-Fi 網狀網路架構的超涵蓋訊號,打造隨時隨地、全屋漫遊的無縫上網環境,同時以月租方式租用設備,不僅沒有初期大量投資設備的成本,也不需要負擔後續產生的維護成本,只要有任何問題,一通電話找24小時客服,就能快速為你解析問題,不用擔心要自行上網做功課,還要 DIY 到心很累了!
關鍵四:守護網路安全一步到位,更讓人安心
雖說網路帶來不少便利,但相對潛藏於網路背後的資安威脅也不免讓人膽戰心驚!尤其上網時,有可能因為一時不察點擊到帶有惡意的連結,又或是連上的網站或應用服務本身就潛藏惡意程式,在沒有任何防備的情況下,就很容易因此而「中招」,輕則系統不穩、當機,嚴重的可能造成個人隱私資料外流,甚至因為勒索病毒讓重要檔案付之一炬。

尤其是家人、朋友共用網路,但卻完全沒有資安意識的情況,很有可能成為病毒、駭客與詐騙的「破口」,因此建議大家在選擇家用寬頻時,可以進一步留意業者是否有提供額外的網路安全加值服務,像是中華電信就提供了相當完整的防護解決方案,包括防駭守門員、色情守門員、防毒防駭…等服務,而HiNet光世代 300M (含)以上的用戶也免費享有「上網守衛服務」,提供「有感防護阻擋頁面」,讓網路上的「有駭」網站不得其門而入,進而確保網路使用無後顧之憂,並降低被駭風險!
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從東方線上歷年來的「消費者網路使用行為與滿意度調查」,都能看出消費者對於家用寬頻選擇的需求變化,消費者在家使用網路需求愈來愈高,對於追求高速網路方案的態勢更為明顯,而且對於消費者來說,選擇家用寬頻業者至關重要的還是在於「網路穩定性」、「品牌口碑」與「解決網路使用問題的能力」這幾個面向,尤其對於網路重度使用者來說,一時半刻的斷線都是難以忍受的,而在所有業者中,中華電信 HiNet光世代連年獲得滿意度 No.1 的肯定,顯示不論是產品品質還是客戶服務,都獲得了消費者的信賴。

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[1] 數據來源:TWNIC 2023年10月公布數據 https://map.twnic.tw/
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