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畫句號?中科院發現“室溫超導材料”假象根源,已發預印本論文

澎湃新聞記者 吳躍偉 實習生 李瑞陽 孫雯雅
2023-08-10 07:06
來源:澎湃新聞
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“我們的工作指出了把LK-99錯認成超導體的原因?!敝袊茖W院物理研究所研究員、博士生導師雒(luò)建林告訴澎湃科技。

一篇來自中國科學院研究團隊的最新發表在arXiv網站的預印本論文可能為“LK-99是室溫超導體”畫上了句號。

近日,因為LK-99材料被韓國研究團隊宣稱能夠室溫超導,研究LK-99的預印本論文“涌入”arXiv網站。但可能馬上就要告一段落:最新發表在arXiv網站的一篇預印本論文不僅表示LK-99能室溫超導是假象,還找到產生這一假象的原因——硫化亞銅雜質。

此外,來自北京大學量子材料科學中心、美國普林斯頓大學等機構的科研團隊也分別提交預印本論文稱,雖然觀察到其“燒制”的LK-99樣品均未表現出超導性,更像磁體,而非室溫超導體。

8月9日,前述論文的通訊作者之一、中國科學院物理研究所研究員、博士生導師雒(luò)建林告訴澎湃科技,“我們的工作指出了把LK-99錯認成超導體的原因?!薄皩嶒灲Y果表明(LK-99能常壓室溫超導)是假象,來源于硫化亞銅?!薄癓K-99不超導!  雖然相關樣品具有弱抗磁性,但不具有完全抗磁性,也沒有零電阻現象?!?/p>

該論文于8月8日15時59分提交至arXiv網站,目前已對外發布。

中國科學院物理研究所團隊:LK-99像超導,但實際不是,硫化亞銅導致假象

硫化亞銅是“燒制”LK-99過程中的產物之一。LK-99是銅摻雜的鉛磷灰石材料,成分為Pb10-xCux(PO4)6O (0.9<x<1.1)。

在實驗中,吳偉等研究人員“燒制”了不同硫化亞銅含量的兩種LK-99,分別測量其電阻、抗磁性等參數,并與純硫化亞銅的相應參數進行對比。其中,樣品1(S1)的反映硫化亞銅含量的“強度比”參數約是5%,樣品2(S2)的這一參數約是70%。

實驗結果顯示,樣品S1在370K(96.85攝氏度) 時電阻率躍變,并伴有熱滯后現象;樣品S2在370K(96.85攝氏度)時電阻率急劇下降,在100K(零下173.15攝氏度)以下,電阻率隨著溫度的降低而增加,表現出類似半導體的特征。

臨界溫度下的零電阻和完全抗磁性,是超導體的兩個重要特征。

雒建林向澎湃科技表示,硫化亞銅在400K(126.85攝氏度)附近存在一個由“六角相”到“單斜相”的結構相變。在相變點附近,其電阻下降3個多量級。這看起來像“超導”相變,但實際不是。目前的實驗證據表明,無法通過增減樣品中硫化亞銅的含量或其他辦法實現超導。

前述論文寫道,“我們認為,LK-99中所謂的超導行為很可能是由于硫化亞銅在385K(111.85攝氏度)左右發生一階結構相變,從高溫下的β相變為低溫下的γ相,從而導致電阻率降低?!?/p>

據澎湃新聞此前報道,7月22日上午,韓國量子能源研究中心公司相關研究團隊在預印本網站arXiv上先后提交兩篇類似的論文,宣稱一種命名為LK-99的銅摻雜鉛磷灰石材料擁有“室溫+常壓”超導能力。隨后,國際上多個研究團隊開始重復實驗,嘗試合成LK-99,以復現韓國團隊的實驗結果。相關消息對全球股市也產生了影響。

7月31日16時13分,北京航空航天大學材料科學與工程學院劉知琪教授團隊在預印本網站arXiv上提交論文。該論文稱,其合成的LK-99樣品的室溫電阻不為零,也沒有觀察到它存在磁懸浮現象;該材料類似半導體,而非超導體。

8月2日14時59分,東南大學物理學院教授、博士生導師孫悅在預印本網站arXiv提交論文稱,在100K(零下173.15攝氏度)以上溫度時,其LK-99樣品測得零電阻,但是沒有抗磁性。孫悅在視頻中稱,一共測了6片樣品,但只在1片樣品里面觀測到了零電阻,其他樣品大多數產生的是半導體的行為。其論文稱,“我們的發現表明,Pb10-xCux(PO4)6O有可能成為尋找高溫超導體的候選材料?!?/p>

北京航空航天大學科研團隊提交預印論文稱,沒有在重復實驗中觀察到磁懸浮現象。

北京大學量子材料科學中心團隊:觀察到LK-99樣品“半懸浮”,但不具超導性

8月6日13時34分,北京大學量子材料科學中心(ICQM)科研人員在預印本網站arXiv提交了一篇題為《類LK-99合成樣品的鐵磁半懸浮現象》(Ferromagnetic half levitation of LK-99-like synthetic samples)的研究文章。

該論文稱,環境條件下的磁半懸浮被認為是一種“壯觀且容易獲得”的現象,因此一直是LK-99材料驗證實驗嘗試的重點。北京大學研究團隊雖然在一些片狀的小碎片樣品中成功地觀測到了“磁半懸浮”現象,但經測量,其樣品中不存在邁斯納效應或零電阻,因此不具有超導性。實驗結果表明,其樣品普遍含有微弱但確定的軟鐵磁成分。

北京大學量子材料科學中心(ICQM)科研團隊合成的LK-99樣品。

研究團隊認為,軟鐵磁足以解釋其樣品在強垂直磁場中的半懸浮現象。該論文稱,“最近的計算顯示,Pb10-xCux(PO4)6O中存在平帶狀電子結構,這可能會導致自發鐵磁性,值得進一步研究?!?/p>

北京大學副教授、北京大學量子材料科學中心研究員、博士生導師賈爽和北京大學副教授李源是上述論文的通訊作者。

華中科技大學團隊:樣品可大角度“半懸浮”,但未測電阻

8月3日凌晨3時13分,曾在嗶哩嗶哩網站發布LK-99驗證實驗視頻而引起轟動的華中科技大學材料科學與工程學院常海欣教授團隊在預印本網站arXiv提交論文,公開了他們的實驗進展。該論文的標題是《LK-99的成功合成和室溫常壓磁懸浮》(Successful growth and room temperature ambient-pressure magnetic levitation of LK-99)。

華中科技大學材料科學與工程學院常海欣教授團隊合成LK-99的實驗步驟和最終樣品。

該論文稱,他們成功合成了LK-99材料,并在室溫和環境壓力下能以較大的角度“半懸浮”?!拔覀兊难芯拷Y果表明了結晶度和適當的銅摻雜的重要性,表明了這種磷酸鹽氧化物中銅氧誘導帶變化的基本潛在超導機制。我們期待更多一致的測試,如室溫下的電學測試,將顯示出這種磷酸鹽氧化物的巨大潛力?!?/p>

華中科技大學8月1日首發在國內網站嗶哩嗶哩(B站)上關于LK-99材料重復實驗的視頻,在國內外社交媒體上大火。相關視頻被列為前述論文的補充材料。

相關視頻的簡介寫道,“華中科技大學材料學院博士后武浩、博士生楊麗,在常海欣教授的指導下,成功首次驗證合成了可以磁懸浮的LK-99晶體,該晶體懸浮的角度比Sukbae Lee等人獲得的樣品磁懸浮角度更大,有望實現真正意義的無接觸超導磁懸浮?!?/p>

相關視頻的發布者稱,尚未測量相關樣品的電阻。因為測電阻需要微納加工,破壞樣品?!澳壳爸挥幸黄苄〉臉悠?,不敢動,實在不敢動?!闭诩蛹薄盁啤钡谌鷺悠?。

美國普林斯頓大學等機構聯合團隊:LK-99樣品透明,排除超導

8月9日,美國普林斯頓大學一篇預印本論文未發先火,引起了人們關注。該論文印證了北京大學量子材料科學中心科研團隊的實驗結果和結論。

透明的LK-99樣品。

美國普林斯頓大學前述論文雖已提交,但尚未被預印本網站正式發布,作者已將其上傳至網盤,并于9日分享到社交媒體網站上。

該論文相關研究由美國普林斯頓大學物理系、化學系,美國俄勒岡大學化學與生物化學系,德國馬克斯·普朗克固體化學物理學研究所等機構的科研人員聯合完成。

該論文稱,在最近的一系列報道中,摻雜磷灰石鉛(LK-99)被認為是一種候選的常溫常壓超導體。然而,從實驗和理論角度來看,這些說法在很大程度上都沒有得到證實。為此,研究團隊合成了LK-99樣品,但分析結果表明,其樣品沒有表現出高溫超導性。

美國普林斯頓大學物理系、化學系,美國俄勒岡大學化學與生物化學系,德國馬克斯·普朗克固體化學物理學研究所等機構的科研人員聯合完成的一篇預印本論文稱,LK-99樣品更有可能是磁體,而不是常溫常壓超導體。

研究人員計算發現,該材料的六邊形通道中可能含有 OH-陰離子,而不是二價氧陰離子;而且銅的替代在熱力學上是非常不利的?!捌胶饨Y構的聲子光譜顯示出許多不穩定的聲子模式?!薄氨M管最初曾試圖以這種方式對 LK-99 進行建模,但銅是否以有意義的濃度進入該結構,仍值得懷疑?!?“這種帶不太可能支持強超流性,反而容易在低溫下產生鐵磁性(或平面外反鐵磁性)?!薄翱傊?,Pb9Cu(PO4)6(OH)2更有可能是磁體,而不是常溫常壓超導體?!?/p>

    責任編輯:沈關哲
    圖片編輯:蔣立冬
    校對:欒夢
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