【新智元導(dǎo)讀】LK-99 被判死刑？北大等機(jī)構(gòu)最新研究稱(chēng)，自制 LK-99 樣品沒(méi)有超導(dǎo)性，能夠懸浮，是因其具有軟鐵磁性。

LK-99 室溫超導(dǎo)事件被打臉？

就在今天，來(lái)自北京大學(xué)、中國(guó)科學(xué)院大學(xué)等機(jī)構(gòu)的研究人員發(fā)表論文稱(chēng)，LK-99 表現(xiàn)出的是鐵磁性半懸浮現(xiàn)象，不具超導(dǎo)性。

論文地址：https://arxiv.org/ abs / 2308.03110

研究者認(rèn)為，軟鐵磁足以解釋 LK-99 在強(qiáng)垂直磁場(chǎng)中的半懸浮現(xiàn)象。測(cè)量結(jié)果沒(méi)有表明樣品中存在邁斯納效應(yīng)或零電阻，因此實(shí)驗(yàn)得到的 LK-99 樣品不具超導(dǎo)性。

同時(shí)，印度國(guó)家實(shí)驗(yàn)室也發(fā)表論文稱(chēng)，所得 LK-99 樣品在室溫下不具備超導(dǎo)性。

美國(guó)馬里蘭大學(xué)凝聚態(tài)物質(zhì)理論中心（CMTC）也轉(zhuǎn)發(fā)了最新的研究，稱(chēng) LK-99 不是超導(dǎo)體，甚至在室溫（或極低溫度）下也不是。它只是一種電阻非常高的劣質(zhì)材料。

到此為止，與事實(shí)作斗爭(zhēng)毫無(wú)意義，用數(shù)據(jù)說(shuō)話(huà)。

北大：LK-99 是鐵磁體

北大和國(guó)科大團(tuán)隊(duì)采用固相燒結(jié)法，成功地合成了多晶 LK-99 樣陶瓷樣品。

產(chǎn)物為直徑 6 毫米、厚度 3 毫米的黑色厚塊

根據(jù) X 射線(xiàn)衍射的結(jié)果，粉末的主要成分為 Pb₁₀-_xCu_x(PO₄)₆O 和 C_u2S，與韓國(guó)團(tuán)隊(duì)的研究一致。

團(tuán)隊(duì)在 Nd₂Fe₁₄B 磁體上，觀察到了上述樣品的「半懸浮」現(xiàn)象。

在對(duì)這些小片和一塊未表現(xiàn)出半懸浮現(xiàn)象的大片進(jìn)行磁化率測(cè)量后，研究者發(fā)現(xiàn)樣品普遍含有微弱的軟鐵磁成分。

由于各個(gè)小片的形狀呈顯著的各向異性，團(tuán)隊(duì)認(rèn)為，軟鐵磁性就足以解釋在強(qiáng)垂直磁場(chǎng)中觀察到的半懸浮現(xiàn)象了。

另外，由于測(cè)量結(jié)果沒(méi)有顯示出邁斯納效應(yīng)或零電阻，因此團(tuán)隊(duì)認(rèn)為樣品沒(méi)有表現(xiàn)出超導(dǎo)性。

研究者測(cè)量了未半懸浮在 Nd₂Fe₁₄B 磁體上的樣品 S1 的磁化強(qiáng)度，連續(xù)進(jìn)行了場(chǎng)冷卻（FC）和零場(chǎng)冷卻（ZFC）測(cè)量。

當(dāng)外部磁場(chǎng)為 10 Oe 時(shí)，磁化強(qiáng)度與溫度的 FC 和 ZFC 曲線(xiàn)均顯示出正磁矩和明顯的支化，如圖 2 (a)。

當(dāng)磁場(chǎng)增加到 10 kOe 時(shí)，F(xiàn)C 和 ZFC M-T 曲線(xiàn)保持正值且重合，如圖 2 (b) 所示。

FC 和 ZFC 曲線(xiàn)中的分支模式通常出現(xiàn)在鐵磁材料、自旋玻璃材料和超導(dǎo)體中。

然而，自旋玻璃態(tài)在較低溫度下更為常見(jiàn)，有效地凍結(jié)了磁矩，而超導(dǎo)態(tài)通常會(huì)產(chǎn)生顯著的負(fù) ZFC 磁化強(qiáng)度值。

也就是這一現(xiàn)象，使得團(tuán)隊(duì)第一次認(rèn)識(shí)到了鐵磁成分的存在。

為了進(jìn)一步探索樣品中的鐵磁成分，研究者在 100 K 和 300 K 下進(jìn)行了場(chǎng)相關(guān)磁化強(qiáng)度測(cè)量，如圖 2 (c) 所示。

外部磁場(chǎng)從 0 增加到 70 kOe，隨后從 70 kOe 減少到-70 kOe，最后再次從-70 kOe 增加到 70 kOe。在兩種溫度下，都觀察到了類(lèi)似的行為。

當(dāng)磁場(chǎng)從 0 增加到 1500 e 時(shí)，磁化強(qiáng)度隨著磁場(chǎng)的增加而增加，然后磁化強(qiáng)度隨著磁場(chǎng)的增加幾乎線(xiàn)性減小，甚至變成負(fù)值。

這種現(xiàn)象表明樣品 S1 中存在大量的絕緣成分。

低場(chǎng)數(shù)據(jù)出現(xiàn)了明顯的磁滯回線(xiàn)（圖 2 (d)），進(jìn)一步證實(shí)了鐵磁相的存在。

以圖 3 中 100K 條件為例，在減去抗磁背景后，剩余部分在 20 kOe 以上表現(xiàn)出典型的飽和現(xiàn)象。

將一些抗磁性材料與樣本 S1 進(jìn)行比較：

減去的抗磁性磁化率（約為-2 x 10^-6 emu / g）比鉍（-1.6 x 10^-6 emu / g）和水（-10^-7 emu / g）的抗磁性磁化率大，但比熱解碳（~ -4 x 10^-6 emu / g）的抗磁性磁化率小。

這表明這部分磁化率不是由超導(dǎo)性引起的。

那么，它為什么會(huì)半懸浮呢？

隨后，團(tuán)隊(duì)測(cè)量了一個(gè)顆粒樣品 S2 的磁化率，在一顆 Nd₂Fe₁₄B 磁體靠近時(shí)，該樣品開(kāi)始震動(dòng) [見(jiàn)下圖]。

由于這個(gè)樣品太小無(wú)法準(zhǔn)確稱(chēng)重，因此團(tuán)隊(duì)在圖 4 中直接以「emu」為垂直軸的單位表示。

磁化率-溫度（M-T）曲線(xiàn)的 FC 和 ZFC 測(cè)量結(jié)果顯示出與樣品 S1 類(lèi)似的正值和類(lèi)似的分支結(jié)構(gòu)。

這表明 S1 和 S2 具有類(lèi)似的磁性組分。然而，許多其他樣品對(duì) Nd₂Fe₁₄B 磁體沒(méi)有反應(yīng)，有些甚至比 S2 還要小。

團(tuán)隊(duì)認(rèn)為這可能與樣品的非均勻性有關(guān)，當(dāng)樣品具有適當(dāng)?shù)拇笮　⑦m當(dāng)?shù)慕M分和適當(dāng)?shù)男螤顣r(shí)，就有可能達(dá)到半懸浮狀態(tài)。

最后，研究人員測(cè)量了樣品 S3 的磁化率，它在 Nd₂Fe₁₄B 磁體上顯示出半磁懸浮。

S3 的半懸浮狀態(tài)如圖所示。

作者在論文中簡(jiǎn)單地描述道，「半懸浮是由磁力矩造成的，而不是由施加在樣品上的凈提升力造成的」。

研究人員首先在 10 Oe 條件下對(duì) 100-300 K 的 M-T 曲線(xiàn)進(jìn)行了 FC 測(cè)量。

在下圖 (a) 中，F(xiàn)C 曲線(xiàn)（黑色曲線(xiàn)）的磁化率呈現(xiàn)出明顯的負(fù)值，在溫度低于 300 K 時(shí)幾乎沒(méi)有變化。

不過(guò)，在測(cè)量 M-T 的 ZFC 值之前，研究人員在 100 K 時(shí)測(cè)量了磁場(chǎng)相關(guān)的磁化率，見(jiàn)上圖 (b)。

當(dāng)磁場(chǎng)從 0 增加到 1500 Oe 時(shí)，磁化由負(fù)變正。上圖 (c) 中的黑色曲線(xiàn)是這一過(guò)程的放大圖。

與樣本 S1 和 S2 不同的是，當(dāng)磁場(chǎng)增加到 1500 Oe 以上時(shí)，磁化率并沒(méi)有隨磁場(chǎng)的增加而降低，而是以較低的斜率增加。

為了驗(yàn)證樣品是否具有零電阻率，研究人員對(duì)顆粒樣品進(jìn)行了電阻測(cè)量，如下圖。

結(jié)果表明，合成的樣品有半導(dǎo)體傳輸行為，其電阻率隨著溫度的降低而逐漸增大，從 10⁵Ωm 增加到 300 K 到 2 K 時(shí)提高了一個(gè)數(shù)量級(jí)。

總之，北大和中科院大學(xué)團(tuán)隊(duì)認(rèn)為，形狀各向異性樣品之所以呈半懸浮，應(yīng)該用鐵磁性來(lái)解釋。

但這種 Pb-Cu-P-O 體系中表現(xiàn)出的室溫鐵磁性，值得物理學(xué)家們進(jìn)一步研究。

華工大佬評(píng)價(jià)：完成度很低

不過(guò)，華工大佬「洗芝溪」表示，北大這篇工作的完成度很低。

很多數(shù)據(jù)沒(méi)有認(rèn)真處理，回線(xiàn)的大場(chǎng)數(shù)據(jù)不重合，還有手繪圖。

回答地址：https://www.zhihu.com/ people / yao326yao

他表示，將其稱(chēng)為弱鐵磁，有些牽強(qiáng)。因?yàn)榇艌?chǎng)加到 3T 不飽和，不符合常理。

如果一定要將其稱(chēng)為鐵磁，最多也就是形成了一些小磁疇，所以磁化率才會(huì)這么小。

北大研究中，對(duì)于一個(gè)有很多相的樣品，其中最主要的相還具有壓制性。如果一個(gè)樣品是鐵磁，就會(huì)自動(dòng)排除超導(dǎo)相。

通常情況下，鐵磁和超導(dǎo)互不兼容。但也有例外，鐵磁超導(dǎo)體就是個(gè)例子，這個(gè)時(shí)候，自旋是同方向配對(duì)的。

就北大樣品的數(shù)據(jù)來(lái)看，洗芝溪表示，自己不愿意相信它是鐵磁抗磁混合相，而是某種特殊的自旋液體、甚至自旋玻璃。考慮到里面有很多三角格子，自旋阻挫的可能性是存在的。

另外，此前西班牙團(tuán)隊(duì)的一篇論文也發(fā)現(xiàn)，LK-99 屬于多相異質(zhì)結(jié)構(gòu)，很難復(fù)現(xiàn)。

論文中表示，LK-99 是一種多相異質(zhì)結(jié)構(gòu)，具有共存的非超導(dǎo)成分。而這些相在 XRD 中不會(huì)產(chǎn)生顯著的 X 射線(xiàn)峰，但依然會(huì)對(duì)電阻和磁性產(chǎn)生影響。

說(shuō)得通俗一點(diǎn)，就是現(xiàn)在想要復(fù)現(xiàn)這個(gè)材料，結(jié)果會(huì)很復(fù)雜。因?yàn)榭赡艿某瑢?dǎo)材料會(huì)被非超導(dǎo)材料包裹，導(dǎo)致最后呈現(xiàn)出的現(xiàn)象比較有迷惑性。

即使 XRD 相同，也并不代表樣品的磁性能相同。

印度團(tuán)隊(duì)：LK-99 室溫下不具備超導(dǎo)性

幾乎同時(shí)，印度國(guó)家實(shí)驗(yàn)室也發(fā)表論文稱(chēng)，所得 LK-99 樣品在室溫下不具備超導(dǎo)性。

論文地址：https://arxiv.org/ abs / 2308.03544

印度 CSIR 國(guó)家物理實(shí)驗(yàn)室等的實(shí)驗(yàn)論文的基本邏輯是，他們非常嚴(yán)格地遵循韓國(guó)團(tuán)隊(duì)的制作流程，制作出了純度很高的 LK-99。

然后通過(guò) Powder X-ray diffraction（PXRD）和 Rietveld refinement 來(lái)驗(yàn)證了，自己制作的材料和韓國(guó)團(tuán)隊(duì)論文中描述的 LK-99 就是一個(gè)東西。

在這個(gè)前提下，他們自己手上的材料在室溫下既不抗磁也不超導(dǎo)！

具體來(lái)說(shuō)，他們非常嚴(yán)格地遵循了韓國(guó)團(tuán)隊(duì)在論文中的具體描述。

在 550 攝氏度下加熱 48 小時(shí)合成了 Cu₃P 在進(jìn)一步加工之后，在坩堝中將高純度粉末加熱至 725 攝氏度并退火 24 小時(shí)后，獲得 Pb₂SO₅ 然后將這兩個(gè)物質(zhì)以 1:1 比例混合在石英管中加熱 10 小時(shí)后獲得 LK-99。

在每一步過(guò)程中的物質(zhì)，用 Rietveld 精修 PXRD 光譜測(cè)量的數(shù)據(jù)后，得到具體的結(jié)果下圖所示。

整體的數(shù)據(jù)都表明，他們每一步獲得的樣品的純度都很高。

LK-99 的晶格參數(shù)如下表所示：

然后研究團(tuán)隊(duì)首先進(jìn)行了之前團(tuán)隊(duì)都做了的和永磁體的互動(dòng)。如下圖所示沒(méi)有出現(xiàn)懸浮現(xiàn)象。

在 280K 下的磁化強(qiáng)度測(cè)試表明，LK-99 出現(xiàn)了抗磁性，但是沒(méi)有超導(dǎo)性。

室溫超導(dǎo)革命，怕是要再等等了？

根據(jù)北京大學(xué)的最新研究，LK-99 很可能只是一種鐵磁性材料，這也解釋了它的懸浮特性。室溫超導(dǎo)革命還得再等一天。

LK-99 能夠半飄起來(lái)，竟是被磁矩支撐著。

世界復(fù)現(xiàn)團(tuán)隊(duì)一覽

剛剛，維基百科也更新了北大、以及印度在 LK-99 最新研究。

其中，標(biāo)紅內(nèi)容框，代表復(fù)現(xiàn)失敗。

如下是在理論研究方面的進(jìn)展。

參考資料：

https://arxiv.org/abs/2308.03110

https://arxiv.org/abs/2308.03544

https://www.zhihu.com/people/yao326yao

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總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的室温超导被判死刑？北大国科大等力证 LK-99 半悬浮样品不是超导，竟是铁磁材料的全部?jī)?nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問(wèn)題。

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