画句号?中科院发现“室温超导材料”假象根源,已发预印本论文

来源:澎湃新闻

2023-08-10 07:50

一篇来自中国科学院研究团队的最新发表在arXiv网站的预印本论文可能为“LK-99是室温超导体”画上了句号。

近日,因为LK-99材料被韩国研究团队宣称能够室温超导,研究LK-99的预印本论文“涌入”arXiv网站。但可能马上就要告一段落:最新发表在arXiv网站的一篇预印本论文不仅表示LK-99能室温超导是假象,还找到产生这一假象的原因——硫化亚铜杂质。

此外,来自北京大学量子材料科学中心、美国普林斯顿大学等机构的科研团队也分别提交预印本论文称,虽然观察到其“烧制”的LK-99样品均未表现出超导性,更像磁体,而非室温超导体。

8月9日,前述论文的通讯作者之一、中国科学院物理研究所研究员、博士生导师雒(luò)建林告诉澎湃科技,“我们的工作指出了把LK-99错认成超导体的原因。”“实验结果表明(LK-99能常压室温超导)是假象,来源于硫化亚铜。”“LK-99不超导!  虽然相关样品具有弱抗磁性,但不具有完全抗磁性,也没有零电阻现象。”

该论文于8月8日15时59分提交至arXiv网站,目前已对外发布。

中国科学院物理研究所团队:LK-99像超导,但实际不是,硫化亚铜导致假象

硫化亚铜是“烧制”LK-99时的产物之一。LK-99是铜掺杂的铅磷灰石材料,成分为Pb10-xCux(PO4)6O (0.9

在实验中,吴伟等研究人员“烧制”了不同硫化亚铜含量的两种LK-99,分别测量其电阻、抗磁性等参数,并与纯硫化亚铜的相应参数进行对比。其中,样品1(S1)的反映硫化亚铜含量的“强度比”参数约是5%,样品2(S2)的这一参数约是70%。

实验结果显示,样品S1在370K(96.85摄氏度) 时电阻率跃变,并伴有热滞后现象;样品S2在370K(96.85摄氏度)时电阻率急剧下降,在100K(零下173.15摄氏度)以下,电阻率随着温度的降低而增加,表现出类似半导体的特征。

临界温度下的零电阻和完全抗磁性,是超导体的两个重要特征。

雒建林向澎湃科技表示,硫化亚铜在400K(126.85摄氏度)附近存在一个由“六角相”到“单斜相”的结构相变。在相变点附近,其电阻下降3个多量级。这看起来像“超导”相变,但实际不是。目前的实验证据表明,无法通过增减样品中硫化亚铜的含量或其他办法实现超导。

前述论文写道,“我们认为,LK-99中所谓的超导行为很可能是由于硫化亚铜在385K(111.85摄氏度)左右发生一阶结构相变,从高温下的β相变为低温下的γ相,从而导致电阻率降低。”

据澎湃新闻此前报道,7月22日上午,韩国量子能源研究中心公司相关研究团队在预印本网站arXiv上先后提交两篇类似的论文,宣称一种命名为LK-99的铜掺杂铅磷灰石材料拥有“室温+常压”超导能力。随后,国际上多个研究团队开始重复实验,尝试合成LK-99,以复现韩国团队的实验结果。相关消息对全球股市也产生了影响。

7月31日16时13分,北京航空航天大学材料科学与工程学院刘知琪教授团队在预印本网站arXiv上提交论文。该论文称,其合成的LK-99样品的室温电阻不为零,也没有观察到它存在磁悬浮现象;该材料类似半导体,而非超导体。

8月2日14时59分,东南大学物理学院教授、博士生导师孙悦在预印本网站arXiv提交论文称,在100K(零下173.15摄氏度)以上温度时,其LK-99样品测得零电阻,但是没有抗磁性。孙悦在视频中称,一共测了6片样品,但只在1片样品里面观测到了零电阻,其他样品大多数产生的是半导体的行为。其论文称,“我们的发现表明,Pb10-xCux(PO4)6O有可能成为寻找高温超导体的候选材料。”

北京航空航天大学科研团队提交预印论文称,没有在重复实验中观察到磁悬浮现象。

北京大学量子材料科学中心团队:观察到LK-99样品“半悬浮”,但不具超导性

8月6日13时34分,北京大学量子材料科学中心(ICQM)科研人员在预印本网站arXiv提交了一篇题为《类LK-99合成样品的铁磁半悬浮现象》(Ferromagnetic half levitation of LK-99-like synthetic samples)的研究文章。

该论文称,环境条件下的磁半悬浮被认为是一种“壮观且容易获得”的现象,因此一直是LK-99材料验证实验尝试的重点。北京大学研究团队虽然在一些片状的小碎片样品中成功地观测到了“磁半悬浮”现象,但经测量,其样品中不存在迈斯纳效应或零电阻,因此不具有超导性。实验结果表明,其样品普遍含有微弱但确定的软铁磁成分。

北京大学量子材料科学中心(ICQM)科研团队合成的LK-99样品。

研究团队认为,软铁磁足以解释其样品在强垂直磁场中的半悬浮现象。该论文称,“最近的计算显示,Pb10-xCux(PO4)6O中存在平带状电子结构,这可能会导致自发铁磁性,值得进一步研究。”

北京大学副教授、北京大学量子材料科学中心研究员、博士生导师贾爽和北京大学副教授李源是上述论文的通讯作者。

华中科技大学团队:样品可大角度“半悬浮”,但未测电阻

8月3日凌晨3时13分,曾在哔哩哔哩网站发布LK-99验证实验视频而引起轰动的华中科技大学材料科学与工程学院常海欣教授团队在预印本网站arXiv提交论文,公开了他们的实验进展。该论文的标题是《LK-99的成功合成和室温常压磁悬浮》(Successful growth and room temperature ambient-pressure magnetic levitation of LK-99)。

华中科技大学材料科学与工程学院常海欣教授团队合成LK-99的实验步骤和最终样品。

该论文称,他们成功合成了LK-99材料,并在室温和环境压力下能以较大的角度“半悬浮”。“我们的研究结果表明了结晶度和适当的铜掺杂的重要性,表明了这种磷酸盐氧化物中铜氧诱导带变化的基本潜在超导机制。我们期待更多一致的测试,如室温下的电学测试,将显示出这种磷酸盐氧化物的巨大潜力。”

华中科技大学8月1日首发在国内网站哔哩哔哩(B站)上关于LK-99材料重复实验的视频,在国内外社交媒体上大火。相关视频被列为前述论文的补充材料。

相关视频的简介写道,“华中科技大学材料学院博士后武浩、博士生杨丽,在常海欣教授的指导下,成功首次验证合成了可以磁悬浮的LK-99晶体,该晶体悬浮的角度比Sukbae Lee等人获得的样品磁悬浮角度更大,有望实现真正意义的无接触超导磁悬浮。”

相关视频的发布者称,尚未测量相关样品的电阻。因为测电阻需要微纳加工,破坏样品。“目前只有一片很小的样品,不敢动,实在不敢动。”正在加急“烧制”第三批样品。

美国普林斯顿大学等机构联合团队:LK-99样品透明,排除超导

8月9日,美国普林斯顿大学一篇预印本论文未发先火,引起了人们关注。该论文印证了北京大学量子材料科学中心科研团队的实验结果和结论。透明的LK-99样品。

美国普林斯顿大学前述论文虽已提交,但尚未被预印本网站正式发布,作者已将其上传至网盘,并于9日分享到社交媒体网站上。

该论文相关研究由美国普林斯顿大学物理系、化学系,美国俄勒冈大学化学与生物化学系,德国马克斯·普朗克固体化学物理学研究所等机构的科研人员联合完成。

该论文称,在最近的一系列报道中,掺杂磷灰石铅(LK-99)被认为是一种候选的常温常压超导体。然而,从实验和理论角度来看,这些说法在很大程度上都没有得到证实。为此,研究团队合成了LK-99样品,但分析结果表明,其样品没有表现出高温超导性。美国普林斯顿大学物理系、化学系,美国俄勒冈大学化学与生物化学系,德国马克斯·普朗克固体化学物理学研究所等机构的科研人员联合完成的一篇预印本论文称,LK-99样品更有可能是磁体,而不是常温常压超导体。

研究人员计算发现,该材料的六边形通道中可能含有 OH-阴离子,而不是二价氧阴离子;而且铜的替代在热力学上是非常不利的。“平衡结构的声子光谱显示出许多不稳定的声子模式。”“尽管最初曾试图以这种方式对 LK-99 进行建模,但铜是否以有意义的浓度进入该结构,仍值得怀疑。” “这种带不太可能支持强超流性,反而容易在低温下产生铁磁性(或平面外反铁磁性)。”“总之,Pb9Cu(PO4)6(OH)2更有可能是磁体,而不是常温常压超导体。”

(记者 吴跃伟 李瑞阳 孙雯雅)

责任编辑:王濛
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