作者:吴跃伟 李瑞阳 孙雯雅 来源:澎湃新闻 发布时间:2023/8/1 21:36:38
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LK-99首批重复实验结果出炉:三篇论文两篇来自中国,理论可行但未复现悬浮或超导

 

“神奇”材料LK-99的第一批重复实验结果陆续公布。

这是一种被韩国科研团队等人员宣称具有室温超导性能的铜掺杂铅磷灰石材料。

在LK-99的两篇论文于7月22日上午首次在预印本网站公开约一周后,目前至少又有三篇与LK-99相关的新论文在预印本网站arXiv上公开。

其中两篇来自中国,分别由来自北京航空航天大学材料科学与工程学院和中国科学院金属研究所沈阳材料科学国家研究中心的科研人员完成;另一篇来自美国,由美国劳伦斯伯克利国家实验室研究员西尼德·M·格里芬(Sinéad M. Griffin)完成。

LK-99的理论模型正确,但难制备出成功的样品,尚未被成功复现?

8月1日,前述研究LK-99的一篇论文的通讯作者、中国科学院金属研究所孙岩研究员和刘培涛研究员告诉澎湃科技,他们主要进行了理论计算,从计算结果来看,LK-99有室温超导的可能性;从能带的角度,给出了一些解释,“但是不confirm(但这不是证实)”。

孙岩同时表示,“理论和实验还是有gap(区隔)的”,“这没法预测,只能说,它有(室温超导)这种几率”,但LK-99到底能不能在室温常压条件下真正地进入超导态,还需要在实际的实验中进行检验。

前述论文中,西尼德·M·格里芬表示,通过密度泛函理论计算,发现LK-99模型存在超导体家族中高转变温度的共同特征。

而北京航空航天大学材料科学与工程学院研究团队对合成的LK-99检测发现,它的室温电阻不为零,也没有观察到它发生磁悬浮。该论文称,上述材料表现出的表现出特征类似半导体,而非超导体。

除了上述论文,还有网友公开实验数据和视频称,重复实验中合成的LK-99表现出一定的抗磁性,但未观察到超导现象或超导磁悬浮现象。

韩国量子能源研究中心公司相关研究团队合成LK-99的实验步骤和最终样品。

北航论文:未发现LK-99具有超导性

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上陆续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,系全世界首款室温常压超导材料。但其目前公布的实验数据被认为不足以证明LK-99系超导体,因而受到质疑。随后,国际上多个研究团队尝试合成LK-99,以验证其实验结果。

在重复实验中,测定LK-99的室温下的电阻。

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上提交了标题为《由Pb2SO5和Cu3P烧结而成的Pb10-xCux(PO4)6O中的半导体传输》(Semiconducting transport in Pb10-xCux(PO4)6O sintered from Pb2SO5 and Cu3P )的论文。该论文称,他们根据韩国团队公布的方法合成了LK-99,但没有发现其具有超导性。

该论文的另一位通讯作者是Peixin Qin。

该论文称,尽管他们合成的LK-99与韩国团队先前报道的LK-99的结构数据一致,但他们没有检测到其超导性,相反,反而发现了类似半导体的特性;该材料在室温下的电阻率约为1.94×10^4Ω/cm。

此外,研究团队在论文中指出,当他们把压制的前述LK-99颗粒在室温下置于磁体顶部时,没有发现排斥现象,也没有观察到磁悬浮现象。“这些结果表明,声称改性的铅磷灰石中存在室温超导体的说法可能需要更仔细地重新审查,特别是在电传输特性方面。”

中国科学院金属研究所论文:铜的掺杂致绝缘体向金属转变

7月29日18时04分,中国科学院金属研究所研究员刘培涛在预印本网站arXiv上提交了标题为《关于 Pb10-xCux(PO4)6O (x=0, 1) 电子结构的第一性原理研究》(First-principles study on the electronic structure of Pb10-xCux(PO4)6O (x=0, 1) )的论文。

LK-99晶体结构的俯视图(a)和侧视图(b)。

该论文称,为了阐明铜的掺杂效应,研究团队使用第一性原理计算研究了LK-99及其母体化合物的电子结构,“我们的结果表明,母体化合物Pb10(PO46O是绝缘体,而铜的掺杂会引起绝缘体-金属转变,从而引起体积收缩。”“LK-99在费米能级附近的能带结构具有半填充平坦带和全占据平坦带的特征。这两个平坦带既来自1/4占据的氧原子的2p轨道,也来自Cu的3d轨道与其最近相邻氧原子的2p轨道的杂化。”

值得注意的是,研究团队在上述两个平坦带上观察到四个范霍夫奇点,“这表明在低温下电子对结构畸变的不稳定性。”

研究人员发现,在考虑的掺杂元素中,与银相比,金表现出与铜更相似的掺杂效应。“我们的工作为未来研究LK-99独特电子结构在超导电性中的作用打下基础。”

美国劳伦斯伯克利国家实验室论文:理论上有超导高转变温度的特征

7月31日17时58分,美国劳伦斯伯克利国家实验室(LBNL)研究员西尼德·M·格里芬在预印本网站arXiv提交了标题为《铜掺杂的铅磷灰石中相关孤立扁平带的起源》(Origin of correlated isolated flat bands in copper-substituted lead phosphate apatite)论文。

西尼德·M·格里芬在论文中表示,最近一份关于LK-99在常压下的室温超导性的报告激发了人们对何种材料和何种机制可实现高温超导性的兴趣。她对铜掺杂的铅磷灰石材料LK-99进行了密度泛函理论计算,确定了其在费米级上相关的孤立平带,“这是已建立的超导体家族中高转变温度的共同特征。”

(a) 铅磷灰石结构。(b) 铜取代结构。来自美国劳伦斯伯克利国家实验室(LBNL)研究员西尼德·M·格里芬的最新预印本论文。

她认为,这些孤立带起源自铜离子引起的结构畸变和铅孤对子的手性电荷密度波。“这些结果表明,一个最小的双带模型可以涵盖该系统中的大部分低能物理。”

也就是说,她认为,计算结果显示,LK-99可能存在超导性能。该论文称,如果铜离子取代铅离子的位置合适,相关化合物可以显示出高温超导体的许多关键特征。但在获得大块超导样品时,铜离子完成上述取代,存在挑战性。“尽管如此,鉴于这些诱人的理论特征和有一定可能性的高温超导性的实验报告,我希望这一类新材料的发现,能够推动对掺杂磷灰石矿物的进一步研究。”

附论文链接:

1.韩国论文1:https://arxiv.org/abs/2307.12008

2.韩国论文2:https://arxiv.org/abs/2307.12037

3.北航论文:https://arxiv.org/abs/2307.16802

4.中国科学院金属所论文:https://arxiv.org/abs/2307.16040

5.美国劳伦斯伯克利国家实验室论文:https://arxiv.org/abs/2307.16892



 
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