“神奇”材料LK-99的第一批重復(fù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果陸續(xù)公布。

(相關(guān)資料圖)

這是一種被韓國(guó)科研團(tuán)隊(duì)等人員宣稱具有室溫超導(dǎo)性能的銅摻雜鉛磷灰石材料。

在LK-99的兩篇論文于7月22日上午首次在預(yù)印本網(wǎng)站公開約一周后，目前至少又有三篇與LK-99相關(guān)的新論文在預(yù)印本網(wǎng)站arXiv上公開。

其中兩篇來(lái)自中國(guó)，分別由來(lái)自北京航空航天大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院和中國(guó)科學(xué)院金屬研究所沈陽(yáng)材料科學(xué)國(guó)家研究中心的科研人員完成；另一篇來(lái)自美國(guó)，由美國(guó)勞倫斯伯克利國(guó)家實(shí)驗(yàn)室研究員西尼德·M·格里芬（Sinéad M. Griffin）完成。

LK-99的理論模型正確，但難制備出成功的樣品，尚未被成功復(fù)現(xiàn)？

8月1日，前述研究LK-99的一篇論文的通訊作者、中國(guó)科學(xué)院金屬研究所孫巖研究員和劉培濤研究員告訴澎湃科技，他們主要進(jìn)行了理論計(jì)算，從計(jì)算結(jié)果來(lái)看，LK-99有室溫超導(dǎo)的可能性；從能帶的角度，給出了一些解釋，“但是不confirm（但這不是證實(shí)）”。

孫巖同時(shí)表示，“理論和實(shí)驗(yàn)還是有g(shù)ap（區(qū)隔）的”，“這沒法預(yù)測(cè)，只能說(shuō)，它有（室溫超導(dǎo)）這種幾率”，但LK-99到底能不能在室溫常壓條件下真正地進(jìn)入超導(dǎo)態(tài)，還需要在實(shí)際的實(shí)驗(yàn)中進(jìn)行檢驗(yàn)。

前述論文中，西尼德·M·格里芬表示，通過(guò)密度泛函理論計(jì)算，發(fā)現(xiàn)LK-99模型存在超導(dǎo)體家族中高轉(zhuǎn)變溫度的共同特征。

而北京航空航天大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院研究團(tuán)隊(duì)對(duì)合成的LK-99檢測(cè)發(fā)現(xiàn)，它的室溫電阻不為零，也沒有觀察到它發(fā)生磁懸浮。該論文稱，上述材料表現(xiàn)出的表現(xiàn)出特征類似半導(dǎo)體，而非超導(dǎo)體。

除了上述論文，還有網(wǎng)友公開實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和視頻稱，重復(fù)實(shí)驗(yàn)中合成的LK-99表現(xiàn)出一定的抗磁性，但未觀察到超導(dǎo)現(xiàn)象或超導(dǎo)磁懸浮現(xiàn)象。

韓國(guó)量子能源研究中心公司相關(guān)研究團(tuán)隊(duì)合成LK-99的實(shí)驗(yàn)步驟和最終樣品。

北航論文：未發(fā)現(xiàn)LK-99具有超導(dǎo)性

據(jù)澎湃新聞此前報(bào)道，7月22日上午，韓國(guó)量子能源研究中心公司相關(guān)研究團(tuán)隊(duì)在預(yù)印本網(wǎng)站上陸續(xù)提交兩篇類似的論文，宣稱一種命名為L(zhǎng)K-99的銅摻雜鉛磷灰石材料擁有“室溫+常壓”超導(dǎo)能力，系全世界首款室溫常壓超導(dǎo)材料。但其目前公布的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)被認(rèn)為不足以證明LK-99系超導(dǎo)體，因而受到質(zhì)疑。隨后，國(guó)際上多個(gè)研究團(tuán)隊(duì)嘗試合成LK-99，以驗(yàn)證其實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

在重復(fù)實(shí)驗(yàn)中，測(cè)定LK-99的室溫下的電阻。

7月31日16時(shí)13分，北京航空航天大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院劉知琪教授團(tuán)隊(duì)在預(yù)印本網(wǎng)站arXiv上提交了標(biāo)題為《由Pb2SO5和Cu3P燒結(jié)而成的Pb10-xCux(PO4)6O中的半導(dǎo)體傳輸》（Semiconducting transport in Pb10-xCux(PO4)6O sintered from Pb2SO5 and Cu3P ）的論文。該論文稱，他們根據(jù)韓國(guó)團(tuán)隊(duì)公布的方法合成了LK-99，但沒有發(fā)現(xiàn)其具有超導(dǎo)性。

該論文的另一位通訊作者是Peixin Qin。

該論文稱，盡管他們合成的LK-99與韓國(guó)團(tuán)隊(duì)先前報(bào)道的LK-99的結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)一致，但他們沒有檢測(cè)到其超導(dǎo)性，相反，反而發(fā)現(xiàn)了類似半導(dǎo)體的特性；該材料在室溫下的電阻率約為1.94×10^4Ω/cm。

此外，研究團(tuán)隊(duì)在論文中指出，當(dāng)他們把壓制的前述LK-99顆粒在室溫下置于磁體頂部時(shí)，沒有發(fā)現(xiàn)排斥現(xiàn)象，也沒有觀察到磁懸浮現(xiàn)象。“這些結(jié)果表明，聲稱改性的鉛磷灰石中存在室溫超導(dǎo)體的說(shuō)法可能需要更仔細(xì)地重新審查，特別是在電傳輸特性方面?！?/p>

中國(guó)科學(xué)院金屬研究所論文：銅的摻雜致絕緣體向金屬轉(zhuǎn)變

7月29日18時(shí)04分，中國(guó)科學(xué)院金屬研究所研究員劉培濤在預(yù)印本網(wǎng)站arXiv上提交了標(biāo)題為《關(guān)于 Pb10-xCux(PO4)6O (x=0, 1) 電子結(jié)構(gòu)的第一性原理研究》（First-principles study on the electronic structure of Pb10-xCux(PO4)6O (x=0, 1) ）的論文。

LK-99晶體結(jié)構(gòu)的俯視圖（a）和側(cè)視圖（b）。

該論文稱，為了闡明銅的摻雜效應(yīng)，研究團(tuán)隊(duì)使用第一性原理計(jì)算研究了LK-99及其母體化合物的電子結(jié)構(gòu)，“我們的結(jié)果表明，母體化合物Pb10（PO4）6O是絕緣體，而銅的摻雜會(huì)引起絕緣體-金屬轉(zhuǎn)變，從而引起體積收縮?！薄癓K-99在費(fèi)米能級(jí)附近的能帶結(jié)構(gòu)具有半填充平坦帶和全占據(jù)平坦帶的特征。這兩個(gè)平坦帶既來(lái)自1/4占據(jù)的氧原子的2p軌道，也來(lái)自Cu的3d軌道與其最近相鄰氧原子的2p軌道的雜化?！?/p>

值得注意的是，研究團(tuán)隊(duì)在上述兩個(gè)平坦帶上觀察到四個(gè)范霍夫奇點(diǎn)，“這表明在低溫下電子對(duì)結(jié)構(gòu)畸變的不穩(wěn)定性?！?/p>

研究人員發(fā)現(xiàn)，在考慮的摻雜元素中，與銀相比，金表現(xiàn)出與銅更相似的摻雜效應(yīng)。“我們的工作為未來(lái)研究LK-99獨(dú)特電子結(jié)構(gòu)在超導(dǎo)電性中的作用打下基礎(chǔ)?！?/p>

美國(guó)勞倫斯伯克利國(guó)家實(shí)驗(yàn)室論文：理論上有超導(dǎo)高轉(zhuǎn)變溫度的特征

7月31日17時(shí)58分，美國(guó)勞倫斯伯克利國(guó)家實(shí)驗(yàn)室（LBNL）研究員西尼德·M·格里芬在預(yù)印本網(wǎng)站arXiv提交了標(biāo)題為《銅摻雜的鉛磷灰石中相關(guān)孤立扁平帶的起源》（Origin of correlated isolated flat bands in copper-substituted lead phosphate apatite）論文。

西尼德·M·格里芬在論文中表示，最近一份關(guān)于LK-99在常壓下的室溫超導(dǎo)性的報(bào)告激發(fā)了人們對(duì)何種材料和何種機(jī)制可實(shí)現(xiàn)高溫超導(dǎo)性的興趣。她對(duì)銅摻雜的鉛磷灰石材料LK-99進(jìn)行了密度泛函理論計(jì)算，確定了其在費(fèi)米級(jí)上相關(guān)的孤立平帶，“這是已建立的超導(dǎo)體家族中高轉(zhuǎn)變溫度的共同特征?！?/p>

(a) 鉛磷灰石結(jié)構(gòu)。(b) 銅取代結(jié)構(gòu)。來(lái)自美國(guó)勞倫斯伯克利國(guó)家實(shí)驗(yàn)室（LBNL）研究員西尼德·M·格里芬的最新預(yù)印本論文。

她認(rèn)為，這些孤立帶起源自銅離子引起的結(jié)構(gòu)畸變和鉛孤對(duì)子的手性電荷密度波?！斑@些結(jié)果表明，一個(gè)最小的雙帶模型可以涵蓋該系統(tǒng)中的大部分低能物理?！?/p>

也就是說(shuō)，她認(rèn)為，計(jì)算結(jié)果顯示，LK-99可能存在超導(dǎo)性能。該論文稱，如果銅離子取代鉛離子的位置合適，相關(guān)化合物可以顯示出高溫超導(dǎo)體的許多關(guān)鍵特征。但在獲得大塊超導(dǎo)樣品時(shí)，銅離子完成上述取代，存在挑戰(zhàn)性?！氨M管如此，鑒于這些誘人的理論特征和有一定可能性的高溫超導(dǎo)性的實(shí)驗(yàn)報(bào)告，我希望這一類新材料的發(fā)現(xiàn)，能夠推動(dòng)對(duì)摻雜磷灰石礦物的進(jìn)一步研究?！?/p>

附論文鏈接：

1.韓國(guó)論文1:https://arxiv.org/abs/2307.12008

2.韓國(guó)論文2:https://arxiv.org/abs/2307.12037

3.北航論文：https://arxiv.org/abs/2307.16802

4.中國(guó)科學(xué)院金屬所論文：https://arxiv.org/abs/2307.16040

5.美國(guó)勞倫斯伯克利國(guó)家實(shí)驗(yàn)室論文：https://arxiv.org/abs/2307.16892

關(guān)鍵詞：