室温超导有续集？中国团队再次证明LK-99可能存在迈斯纳效应，论文刚刚上传

2024-01-04 04:01

机器之心报道

编辑：蛋酱、陈萍

铜取代铅磷灰石可能在室温下存在迈斯纳效应。

一篇室温超导论文，再次掀起了互联网的小小波动。

在最新的一篇论文中，作者们再次证明了室温下铜取代铅磷灰石（LK-99）中可能存在迈斯纳效应。

论文链接：https://arxiv.org/pdf/2401.00999.pdf

在室温下，用铜取代的铅磷灰石在 25 Oe 的磁场下观察到抗磁性直流磁化，在零场冷却和场冷却测量之间存在明显的分歧，在 200 Oe 下变为顺磁性。在冷却过程中发现了玻璃记忆效应。超导体的典型磁滞回线在 250 K 以下被检测到，同时磁场的前后扫描不对称。我们的实验表明，在室温下，这种材料可能存在迈斯纳效应。

鉴于还没有仪器能测到理论严格意义上的迈斯纳，作者采用了一种更加严谨的表达方式：「可能」表现出迈斯纳效应。

令人意外的是，9 位作者，来自五湖四海：「不曾放弃的人们，来自不同的专业和不同的单位，各自散落在五湖四海天涯海角，却因为室温超导可以实现相似的理想，在互联网上联系到了一起。」

人们应该都还记得，去年 LK-99 引发的那场室温超导热潮。

LK-99 源自韩国一个研究团队在 2023 年 7 月发布的两篇论文。该团队宣称合成了一种常压下的室温超导材料 LK-99，一种铜掺杂的铅磷灰石，其超导临界温度超过了水的沸点，最高达到 127 摄氏度。

如果人类能够实现室温常压超导，那么，电网、电子设备和交通运输的能源效率有望得到大幅提升，第四次工业革命也有望开启。所以，在韩国团队公布了自己的结果后，整个科学界都被这项研究吸引了。

各国科学家有关韩国「室温超导」材料 LK-99 的研究陆续出炉，但始终未能成功复现原作者团队宣称的结果，持悲观态度的人也越来越多。

2023 年底，韩国超传导低温学会验证委员会表示，经历了几个月的验证，此前由韩国研究团队制造的疑似室温超导体 LK-99 没有显示出超导的任何关键特征 —— 在一系列室温或低温下的电阻和磁感应强度测试中，LK-99 都没有显示出超导迹象。

与研究中心所说的杂质很少的单晶样品会出现电阻率急剧下降的情况不同，（在委员会发布公告之前的）许多论文都报道说，再造样品中的杂质 —— 尤其是硫化铜 —— 是造成电阻率急剧下降的原因。

此外，在去除杂质的另一份单晶样品上进行的测试表明，所谓的超导体是一种「非导体（nonconductor）」，不允许电流通过。

到此，轰轰烈烈的「室温超导」事件似乎告一段落。

不过，LK-99 研究团队的 Kwon Young-wan 表示：「我仍然相信 LK-99 是超导体」。他认为委员会未能重新创造出室温超导体，因为仅用几个月就证明该研究的有效性是不可能的。

对室温超导抱有极高热情的研究者们，却没有放弃。

这项研究一上传，很多人重燃了希望：上次的最大问题是「它能复制吗？」而这次的答案似乎是「已经有了」。

当然，大家关心的问题还有很多，比如这篇论文使用的材料和 LK-99 完全相同吗？研究人员又是如何测量其超导性的？我们来看一下这篇论文怎么说的。

论文细节

完美的抗磁性，即迈斯纳效应，是检验超导体的基本标准之一。

为了证明迈斯纳效应，首先需要观察到在临界温度 (Tc) 以下出现的一种抗磁性磁化 - 温度 (M-T) 曲线，这种曲线在零场冷却 (ZFC) 和场冷却 (FC) 测量中会出现分叉。同时还需要观察到在临界温度以下的一种超导滞回磁化 - 磁场 (M-H) 循环。

铜取代铅磷灰石（CSLA），也称为 LK-99，被认为是室温超导体的新型候选材料，但迄今为止尚未报道完整的迈斯纳效应。Lee 等人的研究报道了 LK-99 具有很大的抗磁性，但据 Habamahoro 等人指出，这种抗磁性源于 Cu_2S。

研究表明，在直流（dc）测量中，一个更为重要的磁滞回线（hysteresis loop）仍然缺失，而仅在微波环境中被观察到。

毫无疑问，直接观察直流磁滞是必不可少的，这是本工作的主要内容。

为了防止过量铜掺杂导致的铁磁性，该研究设计并制备了改进的 CSLA 样品

。过程如下：

通过共沉淀方法将磷酸盐和硫化铅细致地混合在水溶液中。然后，将混合物在 180℃下高压加热 24 小时，保持溶液的 pH 值为 8。水热处理后，将样品在氩气环境下在 900℃下煅烧 8 小时。然后温度降至 500°C，并在纯氧气氛中继续煅烧 48 小时。随后，使样品在存在氧气的环境中冷却至室温。

该研究使用 MPMS-3 SQUID 对样品进行直流磁化测量，然后分别在 300 K、250 K、200 K 和 100 K 的温度下进行 M-H（ magnetization-magnetic field ）曲线测量。然后，样品被冷却至 10 开尔文，并再次测量了零场冷却（ZFC）和场冷却（FC）曲线，以确定超导体和玻璃记忆效应（这是一种磁性行为的指示）。

图 1 显示了场扫描前后的 MT 曲线，表现出明显的 ZFC-FC 分岔。所有曲线在 25 Oe 下都是抗磁性的，而在 200 Oe 下则存在顺磁性，这与低场微波吸收中的下临界场 Hc1 为 30 Oe 一致。初始磁化后的 ZFC 曲线低于初始磁化前的 ZFC 曲线，并且在 100 K 附近有明显的扭结，表明冷却时磁场最终在 100 K 扫过时的玻璃记忆效应。在 250 K 左右还有一个转折点，可以将其视为临界温度 Tc。当曲线低于 50 K 时，玻璃态行为在 200 Oe 下更容易观察到。

三个温度下的 M-H 曲线如图 2 所示，在强磁场下，信号基本上是顺磁的。在 10 Oe 以下，可以清楚地观察到典型的超导磁滞回线，在 250 K 以上就无法识别出滞后现象。值得注意的是，前向和后向扫描之间存在不对称性，即零场下的负峰值比正峰值更尖锐。这种不对称性也在微波吸收中被检测到。

由于初始磁化曲线也很重要，因而该研究在图 3 中给出了不同温度下的初始磁化曲线和第一次向后扫描曲线。在较低的温度下，分岔点增加，在低场出现一个峰，表明迈斯纳相可能存在。

图 4 表明，样品的晶体结构与磷灰石（apatite）的 P63/m 结构特征一致。

总之，CSLA 中的抗磁性已经通过 M-T 曲线和磁滞 M-H 回线进行了研究，可以在 250 K 范围内观察到。考虑到 ZFC-FC 分岔在 300 K 以上，该研究认为仍然有很大的机会观察到室温 - 温度超导。该研究表示，其样品中的信号仍然非常微弱，因此必须进一步合成具有更多活性成分的可扩展样品。

在知乎相关问题的讨论区，作者之一洗芝溪表示后续还将公布视频：

不管此次结果如何，相信人们对室温超导的研究进展都会持续关注。

参考链接：https://www.zhihu.com/question/637763289

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来源: qq

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