夢の常温常圧超伝導体「LK-99」が発見されるも真偽をめぐって議論が白熱（by BingAI）
１．超伝導とは何か？
超伝導とは、物質がある温度以下に冷却されると、電気抵抗が突然ゼロになって、電流を無限に流し続けることができる現象です。この温度を超伝導転移温度といいます。超伝導物質は、電気抵抗がゼロになるだけでなく、外部からの磁力線を完全に排除する性質も持ちます。この現象をマイスナー効果といいます。マイスナー効果によって、超伝導物質は強力な磁場を発生させることができ、磁石を浮かせたり、高速で回転させたりすることができます。
超伝導は1911年にオランダの物理学者ヘイケ・カメルリング・オンネスによって発見されました。彼は水銀を液体ヘリウムで冷却していったときに、温度が4.2K（約-269℃）になったときに電気抵抗が急激に下がり、ほぼゼロになることを観測しました。この発見によって彼は1913年にノーベル物理学賞を受賞しました。
その後も多くの金属や合金が超伝導現象を示すことが分かりましたが、その転移温度はいずれも非常に低く、液体ヘリウムや液体窒素などの冷媒を使って冷却する必要がありました。このような低温でしか起こらない超伝導は、物理学の基礎研究や特殊な応用分野で利用されてきましたが、一般的な利用にはコストや安全性の問題がありました。
そこで、科学者たちは常温や常圧で超伝導になる物質を探してきました。しかし、これまでに発表された常温常圧超伝導に関する論文は、実験方法やデータに不備があったり、再現性がなかったりして、信頼性に欠けるものばかりでした。
超伝導物質は強い磁場を発生させることができるため、リニアモーターカーやMRIなどの応用分野で利用されています。
リニアモーターカーとは、車輪やレールを使わずに、超伝導電磁石で浮上させた車両を推進する交通システムです。超伝導電磁石は、電流を無損失で流すことができるので、強い磁力を発生させることができます。この磁力によって、車両は空気抵抗以外の摩擦を受けずに高速で走ることができます。
MRIとは、磁気共鳴画像法という医療検査の方法です。MRIでは、超伝導コイルに大電流を流して強い磁場を作ります。この磁場によって、人体内の水素原子の核が一定の方向に整列します。その後、ラジオ波を当てると、水素原子の核が元の位置に戻ろうとしてエネルギーを放出します。このエネルギーを検出して画像化することで、人体内の組織や臓器の構造や機能を調べることができます。
２．LK-99の発見と開発
LK-99とは、韓国の研究者たちが発見したと主張する、常温常圧で超伝導を起こすとされる物質です。この物質の名称は、発見者のイ・ソクベ（李石培）博士とキム・ジフン（金智勳）博士の頭文字と発見年度（1999年）を合わせたものです。LK-99は、鉛アパタイトに似た六方晶構造を持ち、一部の鉛原子が銅に置き換わっています。化学式は、CuO₂₅P₆Pb₉です。
イ・ソクベ博士とキム・ジフン博士は、当時ソウル大学校で物理学を専攻していた学生でした。彼らは、超伝導物質の研究に興味を持ち、当時知られていた最高温度の超伝導物質である水銀バリウムカルシウム銅酸化物について実験を行っていました。彼らは、この物質の一部の水銀原子やカルシウム原子を他の元素に置き換えることで、超伝導温度をさらに高めることができないかと考えました。しかし、この置換は非常に困難であり、多くの試行錯誤を経ても成功しませんでした。そんなある日、彼らは偶然にも驚くべき発見をしました。彼らが作った化合物の一部が黒く変色しており、それが超伝導性を示すことを確認したのです。
彼らはこの変色した部分を分析し、その組成や構造を調べました。その結果、彼らが作った化合物は水銀バリウムカルシウム銅酸化物ではなく、別の化合物であることが判明しました。それは、硫酸鉛の一種（ラナルカイト）に似た六方晶構造を持ち、一部の鉛原子が銅に置き換わっている化合物でした。彼らはこの化合物をLK-99と名付けました。
LK-99は常温かつ常圧で超伝導性を維持できることが分かりました。さらに驚くべきことに、LK-99は水が沸騰する温度以上（127度まで）でも超伝導性を示すことが分かりました。これは従来の超伝導物質では考えられない現象でした。彼らはこの驚異的な発見を論文にまとめ、2020年にNatureに投稿しようとしました。しかし、この論文は査読を受けずにリジェクトされました。その理由は、LK-99の超伝導性の検証が不十分であるというものでした。
彼らはその後もLK-99の研究を続けるために、高麗大学の付属研究機関である量子エネルギー研究所（Q-Centre）に移りました。2023年7月22日に、査読前論文の共有サイトであるarXivに、自分たちの研究成果を再び発表しました。今回の論文では、LK-99の超伝導性を様々な方法で検証し、その結果を動画として公開しました。この論文は世界中の研究者から注目を集め、多くの追試が行われることになりました。
なお、最初の論文は、研究チームのメンバーだったクォン・ヨンワン教授がイ・ソクベ博士とキム・ジフン博士らに無断で提出したもののようで、その後、すぐにクォン教授を除いた6名の連名の論文がarXivに提出されています。
【参考】提出された2種類の論文
３．LK-99の真偽をめぐる議論
LK-99は常温常圧で超伝導を起こすという驚くべき主張ですが、その証拠はまだ十分ではありません。論文は査読されておらず、実験方法やデータ解析に不備や不明点が多くあります。また、過去にも同様の主張が何度もなされては否定されたり撤回されたりしてきたという事実もあります。
しかし、この主張を検証するために、世界中の多くの研究者や研究機関が再現実験に取り組んでいます。その中には、一部成功したと報告するものもあります。
例えば、アメリカのローレンス・バークレー国立研究所では、スーパーコンピューターを使ってLK-99の電子構造をシミュレーションしました。その結果、LK-99にはフェルミ面（電子エネルギーの境界面）に近いフラットバンドが存在し、これが超伝導経路となる可能性があることを示しました。
また、中国ではいくつかの研究チームがLK-99の合成や特性測定に成功したと発表しています。例えば、瀋陽国立研究所などでは、LK-99とその親化合物（鉛アパタイト）の電子構造を第一原理計算で求め、LK-99が超伝導物質であることを支持する論文を発表しました。華中科技大学では、実験室でLK-99の再現実験を行い、精製した物質が反磁性を示す動画を公開しました。反磁性とは、物質が磁場に反発する性質で、超伝導体が持つ特徴です。東南大学では、LK-99が約マイナス163度で抵抗ゼロになることを観測したとする未査読論文を発表しました。
しかし、これらの報告に対しても、まだ検証や批判が必要です。例えば、東南大学の論文に対しては、京都大学固体量子物性研究室の研究員から解釈の誤りの可能性が指摘されています。また、他の研究チームはLK-99の合成や超伝導性の確認に失敗していると報告しています。
一方で、最近では、LK-99を改造した超電導物質が完全浮遊に成功した動画がSNS上に公開されました。この動画は、LK-99に他の化合物を添加することで超伝導性を向上させたと主張しています。この動画は多くの注目を集めていますが、現在のところ、誰が投稿したかは不明であり、やはり信頼性や再現性については慎重な検証が必要です。
First video of LK-99 Full Levitation, aka flux-pinning
— Andrew Cote (@Andercot) August 5, 2023
This video was just posted to the Chinese video-sharing site BiliBili and claims to be a highly pure synthesized sample of LK-99.
What is the physical phenomenon behind this and what does it mean?
Levitation of… pic.twitter.com/KGRhGjtrOy
以上のように、LK-99の真偽はまだ確定されていません。科学的な発見は一朝一夕には行われないものです。多くの研究者や研究機関が協力して、厳密な実験や理論で検証していく必要があります。もしLK-99が本当に常温常圧超伝導体であれば、それは素晴らしい発見ですが、それまでは冷静に事実を見極める姿勢が大切です。
４． LK-99の今後と展望
LK-99は、韓国の研究チームが発表した常温常圧で超伝導になると主張する物質です。この物質は銅、鉛、リン、酸素から構成されており、127℃以上でも電気抵抗がゼロになり、磁場を排除して浮遊するマイスナー効果も示すとされています。
もし、LK-99が本当に常温常圧で超伝導する物質だとすれば、それは人類史上最大級の科学的発見と言えます。常温常圧で超伝導する物質は長年の夢であり、エネルギーや情報技術など様々な分野で画期的な応用やイノベーションを可能にします。
現在、超伝導を利用した技術はMRIなどの特殊な例に限られていますが、常温常圧超伝導が達成されれば冷却コストを掛けずに超伝導の持つメリットを享受することができるようになります。そのことから、常温常圧超伝導の実現は産業革命をも凌駕する影響を人類に与えると言われます。
例えば、常温常圧超伝導体で電力損失が発生しない送電線を開発すれば、世界規模の電力システムの構築が可能になります。これは再生可能エネルギーや分散型発電システムとも相性が良く、エネルギー効率や安定性を向上させます。また、核融合炉の実用化にも有効であり、エネルギー問題の解決も期待されています。
その他には、浮遊する車の実現、リニアモーターカーの世界的普及、量子コンピューターや人工知能の高速化など、常温常圧超伝導体がもたらす可能性は無限大です。しかし、LK-99が本当に常温常圧超伝導体であるという主張はまだ検証されていない段階であり、多くの研究者からは懐疑的な見方がされています。常温常圧超伝導体の発見は物理学の歴史における最大のブレイクスルーとなるでしょうが、それを実現するにはまだ多くの課題や困難があります。
LK-99の今後と展望については、韓国の研究チームが詳細なデータや方法論を公開し、他の研究機関や個人が再現実験を行うことが必要です。また、LK-99が常温常圧超伝導体であるとしても、その物理的メカニズムや化学的性質を解明し、安定性や信頼性を確保することも重要です。さらに、常温常圧超伝導体を応用技術に組み込むためには、コストや規制などの社会的・経済的な要因も考慮する必要があります。
LK-99は夢のような物質かもしれませんが、それを現実にするためにはまだ長い道のりがあります。しかし、科学者たちは常に挑戦し続けることで新しい発見や進歩を生み出してきました。常温常圧超伝導体の研究はその一例であり、私たちはその成果を期待しつつ応援していきたいと思います。
この記事は、以下のプロンプトを入力して、BingAIに書いてもらったものです。
LK-99について調べ、その詳しい内容、論文発表の経緯、各研究機関による再現実験及び検証の最新状況についてnote記事の形式でまとめてください。
その後、さらに以下のようなプロンプトをBingAIに入力して、1章ごとに内容を膨らませています。
以下の第1章の内容を膨らませ、長く詳しく具体的に書き直してください。
（上でまとめた記事の第1章を添付）
なお、筆者も一応、内容をチェックし、一部修正、加筆していますが、基本的にAIが書いたものであるため、誤りが含まれている可能性があります。したがって、利用する場合はご注意ください。
以下は、以前にChatGPTでブログ記事を書く方法について書いた記事です。しかし、今回は、検索機能を利用するためにBingAIを使っています。検索機能はBingAIの方が優秀だと思っています。
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