110K零电阻但无完全抗磁性:东南大学LK-99超导新进展,已有论文

2023-08-04 13:11 359 阅读 ID:1304
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室温超导领域传来了最新消息。

昨日,国内华中科技大学、中科大和曲阜师范大学等多家机构相继成功初步复现了 LK-99 材料。虽然都展现出了抗磁性结果,但遗憾的是未测零电阻 —— 它是超导的最佳证据。

不到一天的时间,LK-99 材料的零电阻也被成功观测出来了,不过并不是室温条件下。

今天凌晨,东南大学物理学院教授孙悦发视频报告了 LK-99 的最新研究成果。他表示,在 110K 温度(约零下 163℃)下成功观测到了零电阻,这可能是存在超导电性的一个很重要的证据。

不过,孙悦教授首先声明并没有证实、也没有发现室温超导。

                                    B 站视频:https://www.bilibili.com/video/BV1pM4y1p7u5/

这一次是如何验证的?孙悦在参与撰写的相关论文中进行了详细介绍。首先来看下图 1 的 X 射线衍射结果,图 1(a)和(b)是两种前驱物的 XRD 结果,图 1(c)是四个样品的 X 射线结果。

然后团队将其 X 射线结果与韩国团队进行比较,结果发现,东南大学制备的样品的 X 射线与韩国研究报告的 X 射线吻合非常好,并且比韩国样品的纯度更高一点。从下图可以看到,Cu_2S 的峰很小。

                                                 看起来东南大学制备的样品纯度似乎还更高点。

最重要的是零电阻结果。

该团队的测量是从 300K(约 27℃)开始一直往低温测,接通的电流是 1mA。下图 3(a)右下展示了测量样品,它本身比较脆,因而很难弄成一个规则形状。同时也为了节省时间,他们直接将样品调成了不规则形状,进行四引线法的电阻率测量。

从图 3(a)的结果来看,样品在高温下表现出一点点半导体行为,但随着温度的不断降低,在 110K 温度左右电阻基本上降到了 0。这时电阻的数值大约在 10^-5 到 10^-6 Ω,电流是 1mA,因而电压值在 10^-8 或 10^-9 V,达到了测量用仪器 PPMS 的极限。基于此,该团队认为观测到了零电阻。

另外在 250K 温度左右出现了奇怪的电阻率下降,目前团队并不清楚确切原因,有可能是电极不干净导致的。

同时在图 3(b)中测量了磁场对样品的超导转变,结果发现在磁场下,样品的超导转变比较稳定,T_c^zero 只有一点点变化。不过奇怪的是,在低场比如 0、1、3 和 5T(特斯拉,磁感应强度单位)的时候,随着磁场的增加,超导转变区域更往低温走;但在 7、9 T 时,超导转变又回转了。目前不清楚什么原因造成的。

其实,团队在 8 月 1 日下午就观察到了类似于超导转变的电阻率陡降行为,但那时的电阻率不到 0,数值很小。后来加紧挑选样品,一共测了 6 片样品,但只在 1 片样品里面观测到了零电阻,其他大多数产生的是半导体行为。

此外,团队还对这块观测到零电阻的样品做了迈斯纳效应的测量(即完全抗磁性测量),但并没有观测到完全抗磁性。所以他们猜测,如果该样品的零电阻是超导造成的话,它的超导组分应该还是比较低的。

最后,孙教授重申,在 LK-99 材料里成功观测到 110K 以下零电阻并不是室温超导的证据。至于是否具备超导,有待进一步的探索和测量。

目前,这篇论文已经提交至了预印本网站 arXiv。作者来自东南大学物理学院超导研究团队,由三名学生侯强、魏伟、周鑫以及孙悦教授、施智祥教授共同完成。

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

该研究清晰地展示了电阻下降到 0 的整个过程,110K 的转变温度展现了此类材料具有一定潜力。

在视频和论文提交后,物理研究圈内初步对研究进行了解读。人们认为,该结果似乎证明了 LK99 的方向是可行的。

同时,有高温超导现象,但没有完全抗磁性,这意味着研究还有一系列需要推进的地方。有人认为东南大学的研究有可能证明 LK99 方向具有可行性:110K 属于液氮温区,材料又在常压下,已经属于优良的高温超导体,理论上问题或许已经不大,只差进一步的工艺改进。

                                                     迄今为止,科学家们提出的各类超导体。

也有人表示,该研究的电阻数据可信度存在问题,导致低电阻部分不可信。如果只降温,不太可能改变材料的费米面状态。

在东南大学之前,昨天试制 LK-99 显示出抗磁性的曲阜师范大学团队传出了进一步的消息,结果较为悲观:颗粒几乎不导电。

同样是在昨天下午,韩国超导学会宣布成立常温常压超导体 LK-99 验证委员会,并表示「如果获得 LK-99 材料样品,将负责进行第二轮验证。」

该委员会由首尔国立大学教授 Kim Chang-young 担任主席。目前正在成均馆大学和高丽大学进行复现实验。

                         图源:https://twitter.com/R9TqYzz3Gta1Tcd/status/1686607258711629824

在进一步的验证结果出现之前,我们还需等待。

参考链接:

https://www.zhihu.com/question/613850973/answer/3140984921

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