【新智元導讀】LK-99 被判死刑？北大等機構(gòu)最新研究稱，自制 LK-99 樣品沒有超導性，能夠懸浮，是因其具有軟鐵磁性。
LK-99 室溫超導事件被打臉？
就在今天，來自北京大學、中國科學院大學等機構(gòu)的研究人員發(fā)表論文稱，LK-99 表現(xiàn)出的是鐵磁性半懸浮現(xiàn)象，不具超導性。
論文地址：https://arxiv.org/abs/2308.03110
研究者認為，軟鐵磁足以解釋 LK-99 在強垂直磁場中的半懸浮現(xiàn)象。測量結(jié)果沒有表明樣品中存在邁斯納效應或零電阻，因此實驗得到的 LK-99 樣品不具超導性。
同時，印度國家實驗室也發(fā)表論文稱，所得 LK-99 樣品在室溫下不具備超導性。
美國馬里蘭大學凝聚態(tài)物質(zhì)理論中心（CMTC）也轉(zhuǎn)發(fā)了最新的研究，稱 LK-99 不是超導體，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，與事實作斗爭毫無意義，用數(shù)據(jù)說話。
北大：LK-99 是鐵磁體
北大和國科大團隊采用固相燒結(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 射線衍射的結(jié)果，粉末的主要成分為 Pb10-xCux(PO4)6O 和 Cu2S，與韓國團隊的研究一致。
團隊在 Nd2Fe14B 磁體上，觀察到了上述樣品的「半懸浮」現(xiàn)象。
在對這些小片和一塊未表現(xiàn)出半懸浮現(xiàn)象的大片進行磁化率測量后，研究者發(fā)現(xiàn)樣品普遍含有微弱的軟鐵磁成分。
由于各個小片的形狀呈顯著的各向異性，團隊認為，軟鐵磁性就足以解釋在強垂直磁場中觀察到的半懸浮現(xiàn)象了。
另外，由于測量結(jié)果沒有顯示出邁斯納效應或零電阻，因此團隊認為樣品沒有表現(xiàn)出超導性。
研究者測量了未半懸浮在 Nd2Fe14B 磁體上的樣品 S1 的磁化強度，連續(xù)進行了場冷卻（FC）和零場冷卻（ZFC）測量。
當外部磁場為 10 Oe 時，磁化強度與溫度的 FC 和 ZFC 曲線均顯示出正磁矩和明顯的支化，如圖 2 (a)。
當磁場增加到 10 kOe 時，F(xiàn)C 和 ZFC M-T 曲線保持正值且重合，如圖 2 (b) 所示。
FC 和 ZFC 曲線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體中。
然而，自旋玻璃態(tài)在較低溫度下更為常見，有效地凍結(jié)了磁矩，而超導態(tài)通常會產(chǎn)生顯著的負 ZFC 磁化強度值。
也就是這一現(xiàn)象，使得團隊第一次認識到了鐵磁成分的存在。
為了進一步探索樣品中的鐵磁成分，研究者在 100 K 和 300 K 下進行了場相關(guān)磁化強度測量，如圖 2 (c) 所示。
外部磁場從 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，都觀察到了類似的行為。
當磁場從 0 增加到 1500 e 時，磁化強度隨著磁場的增加而增加，然后磁化強度隨著磁場的增加幾乎線性減小，甚至變成負值。
這種現(xiàn)象表明樣品 S1 中存在大量的絕緣成分。
低場數(shù)據(jù)出現(xiàn)了明顯的磁滯回線（圖 2 (d)），進一步證實了鐵磁相的存在。
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性引起的。
那么，它為什么會半懸浮呢？
隨后，團隊測量了一個顆粒樣品 S2 的磁化率，在一顆 Nd2Fe14B 磁體靠近時，該樣品開始震動 [見下圖]。
由于這個樣品太小無法準確稱重，因此團隊在圖 4 中直接以「emu」為垂直軸的單位表示。
磁化率-溫度（M-T）曲線的 FC 和 ZFC 測量結(jié)果顯示出與樣品 S1 類似的正值和類似的分支結(jié)構(gòu)。
這表明 S1 和 S2 具有類似的磁性組分。然而，許多其他樣品對 Nd2Fe14B 磁體沒有反應，有些甚至比 S2 還要小。
團隊認為這可能與樣品的非均勻性有關(guān)，當樣品具有適當?shù)拇笮?、適當?shù)慕M分和適當?shù)男螤顣r，就有可能達到半懸浮狀態(tài)。
最后，研究人員測量了樣品 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 100-300 K 的 M-T 曲線進行了 FC 測量。
在下圖 (a) 中，F(xiàn)C 曲線（黑色曲線）的磁化率呈現(xiàn)出明顯的負值，在溫度低于 300 K 時幾乎沒有變化。
不過，在測量 M-T 的 ZFC 值之前，研究人員在 100 K 時測量了磁場相關(guān)的磁化率，見上圖 (b)。
當磁場從 0 增加到 1500 Oe 時，磁化由負變正。上圖 (c) 中的黑色曲線是這一過程的放大圖。
與樣本 S1 和 S2 不同的是，當磁場增加到 1500 Oe 以上時，磁化率并沒有隨磁場的增加而降低，而是以較低的斜率增加。
為了驗證樣品是否具有零電阻率，研究人員對顆粒樣品進行了電阻測量，如下圖。
結(jié)果表明，合成的樣品有半導體傳輸行為，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 時提高了一個數(shù)量級。
總之，北大和中科院大學團隊認為，形狀各向異性樣品之所以呈半懸浮，應該用鐵磁性來解釋。
但這種 Pb-Cu-P-O 體系中表現(xiàn)出的室溫鐵磁性，值得物理學家們進一步研究。
華工大佬評價：完成度很低
不過，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)沒有認真處理，回線的大場數(shù)據(jù)不重合，還有手繪圖。
回答地址：https://www.zhihu.com/people/yao326yao
他表示，將其稱為弱鐵磁，有些牽強。因為磁場加到 3T 不飽和，不符合常理。
如果一定要將其稱為鐵磁，最多也就是形成了一些小磁疇，所以磁化率才會這么小。
北大研究中，對于一個有很多相的樣品，其中最主要的相還具有壓制性。如果一個樣品是鐵磁，就會自動排除超導相。
通常情況下，鐵磁和超導互不兼容。但也有例外，鐵磁超導體就是個例子，這個時候，自旋是同方向配對的。
就北大樣品的數(shù)據(jù)來看，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?？紤]到里面有很多三角格子，自旋阻挫的可能性是存在的。
另外，此前西班牙團隊的一篇論文也發(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)，具有共存的非超導成分。而這些相在 XRD 中不會產(chǎn)生顯著的 X 射線峰，但依然會對電阻和磁性產(chǎn)生影響。
說得通俗一點，就是現(xiàn)在想要復現(xiàn)這個材料，結(jié)果會很復雜。因為可能的超導材料會被非超導材料包裹，導致最后呈現(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。
印度團隊：LK-99 室溫下不具備超導性
幾乎同時，印度國家實驗室也發(fā)表論文稱，所得 LK-99 樣品在室溫下不具備超導性。
論文地址：https://arxiv.org/abs/2308.03544
印度 CSIR 國家物理實驗室等的實驗論文的基本邏輯是，他們非常嚴格地遵循韓國團隊的制作流程，制作出了純度很高的 LK-99。
然后通過 Powder X-ray diffraction（PXRD）和 Rietveld refinement 來驗證了，自己制作的材料和韓國團隊論文中描述的 LK-99 就是一個東西。
在這個前提下，他們自己手上的材料在室溫下既不抗磁也不超導！
具體來說，他們非常嚴格地遵循了韓國團隊在論文中的具體描述。
在 550 攝氏度下加熱 48 小時合成了 Cu3P 在進一步加工之后，在坩堝中將高純度粉末加熱至 725 攝氏度并退火 24 小時后，獲得 Pb2SO5 然后將這兩個物質(zhì)以 1:1 比例混合在石英管中加熱 10 小時后獲得 LK-99。
在每一步過程中的物質(zhì)，用 Rietveld 精修 PXRD 光譜測量的數(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：
然后研究團隊首先進行了之前團隊都做了的和永磁體的互動。如下圖所示沒有出現(xiàn)懸浮現(xiàn)象。
在 280K 下的磁化強度測試表明，LK-99 出現(xiàn)了抗磁性，但是沒有超導性。
室溫超導革命，怕是要再等等了？
根據(jù)北京大學的最新研究，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。室溫超導革命還得再等一天。
LK-99 能夠半飄起來，竟是被磁矩支撐著。
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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