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华科大、东南大学「室温超导」论文出炉!

光子盒研究院 光子盒 2023-11-30

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昨天,关于热火朝天的室温超导,再现了两大新闻:


一是东南大学物理学院孙悦教授在B站平台发布短视频,公布了团队在LK-99上最新的研究成果。团队表示:“我们成功地在LK-99材料下面,观测到110K以下的零电阻。但这并不是室温超导的证据,是否有室温超导,还有待进一步的探索和测量。”


二是韩国超导低温学会经过科学研判后得出结论,认为“LK-99”不是超导体:因为实验材料没有表现出“迈斯纳现象”。


恰在此时,韩国团队第二篇论文的三作HuynTak Kim放出了第二个LK-99半悬浮视频。他对于全世界涌起的LK-99复现热潮,也表示非常欢迎、拭目以待。

可以看出,这个样品和第一段视频中的样品不同:它呈半均匀的矩形。

上述进展无疑为尝试研究和复现相关论文成果的科研人员提供了更谨慎的信号。

8月1日,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。

时隔两天,他们的研究成果以“Successful growth and room temperature ambient-pressure magnetic levitation of LK-99”为题,发表在了预印版论文平台arXiv上。

论文链接:
https://arxiv.org/abs/2308.01516

论文中,研究团队表示,“我们首次成功验证并合成了 LK-99 晶体,它可以在室温下以比 Sukbae Lee 样品更大的悬浮角进行磁悬浮。有望在不久的将来实现室温非接触超导磁悬浮的真正潜力。”

华科大团队采用了通过固相法备制了Pb10-xCux(PO4)6O (0.9<x<1.1),所有反应均在10-2 Pa下进行。并且,他们制备的晶体在室温下,比韩国团队的样品拥有更大的悬浮角度。
LK-99 样品的合成。(a) 合成前体拉氏石和磷化铜晶体以及目标产物 LK-99 的温度曲线。(b、c)合成后的 LK-99 样品照片(b)和光学显微镜图像(c)。(d) LK-99 晶体结构示意图,其中四个 Pb(2) 原子之一被一个 Cu 原子取代。

实验样品的ZFC曲线和FC曲线分别在~ 326k和~ 299K处出现抗磁转变——这与Sukbae Lee先前报道的相似。经磁斥力筛选的微米晶样品的抗磁转变温度约为340k,略高于宏观样品:表明微米晶样品2纯度更高、结晶度更高、铜掺杂更好。
LK-99 样品的二磁转变
样品的磁悬浮现象。当铁磁体靠近样品时,样品上升并完全垂直于基底;当磁铁远离样品时,样品落在基底上。

论文中,研究团队还图示证明了材料的非铁磁性:样品被磁铁吸引时没有反应,因而可以排除样品中的铁磁性。

关于自己的实验成果,华科大团队表示,“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。”

东南大学团队的研究工作由侯强、魏伟、周鑫三名学生,以及孙悦教授和施智祥教授共同完成。团队共测量了6块样品,但只在一块样品中测量到了零电阻的现象(观察到在环境压力下高于 100∘ K 的零电阻),其他样品表现出的大多数是半导体的行为。

论文链接:
https://arxiv.org/abs/2308.01192

东南大学的实验团队团队利用固相合成技术获得了Pb10-xCux(PO4)6O的多晶样品。
实验材料的X 射线图样(样品的X射线结果和韩国团队的非常吻合)
(a) 样品电阻的温度依赖性;(b) 样品在 0 至 9 T 磁场下电阻的温度依赖性。

可以看到,在高温下,样品表现出了一些半导体的特性;而随着温度逐渐降低、达到110K时,样品的电阻基本上降到了0

业界对东南大学的实验结果评价非常高。因为现代磁性测量仪器灵敏度很高,能测到非常微小的磁信号;然而测出电阻信号,却需要样品连续均匀、电极做得很好、表面未氧化等诸多条件,测量难度大得多。

因此,东南大学团队这么快就测出了零电阻性质,为此次室温超导相关研究带来了极大的鼓舞。

当然,团队也仍在布局进一步实验。“我们还需要更多的证据来证实超导性,并确定是哪种成分导致了零电阻(超导性)。此外,Tc 是否能提高到室温仍是一个悬而未决的问题。”

根据韩国媒体的报道,韩国相关的机构已经在多方面做好准备,进一步证实和开发LK-99。

8月2日,韩国宣布成立了LK-99检测委员会,希望Q-Center团队能提供一批新的样品进行检测。同时,也有媒体报道了韩国已经批准了LK-99的专利。

同时,维基百科也正实时更新着全球团队的相关实验进展。
室温超导相关实验进展 来源:维基百科

事实上,室温超导将在某种程度上颠覆几乎所有行业:“LK-99在磁铁、电机、电缆、悬浮列车、电力电缆、量子计算机的量子比特、太赫兹天线等各种应用中都有很多可能性。这一新研发成果将成为一个全新的历史事件,为人类开启一个崭新的时代。”

最后,重要的是要保持谨慎,等待同行对 LK-99 的研究和科学界对 LK-99 的验证。如今,中国、美国、印度等全球团队都正逐力这场室温超导的浪潮,我们相信,这场竞赛终将守得云开见月明。

参考链接:
[1]https://mp.weixin.qq.com/s/13_o3W5_iv3HaFzUiujc1w
[2]https://mp.weixin.qq.com/s/Ih2YWaHXqQGVMpASEawQPg
[3]https://arxiv.org/abs/2308.01516
[4]https://arxiv.org/abs/2308.01192
[5]https://thequantuminsider.com/2023/08/03/how-would-room-temperature-superconductors-change-quantum-computing/
[6]https://en.wikipedia.org/wiki/LK-99


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