华科成功合成LK-99，B站视频播放量近千万，相关论文今日正式上线
发布时间：2023-08-05 07:10:41
来源：DeepTech
针对近日大火的“韩国室温超导”LK-99（一种改性的铅磷灰石晶体），8 月 1 日 B 站用户“关山口男子技师”发布了名为《LK-9 验证》的视频，成为当天 B 站播放量最高的视频，截止目前该视频的播放量已经接近 1000 万。
该视频由华中科技大学教授常海欣团队的武浩博士后和杨丽博士生完成。视频中，常海欣课题组合成了 LK-99，并在室温之下观察到样品出现了明显的磁悬浮现象，这揭示 LK-99 材料可能存在室温超导性，但还需要进一步的电学测试验证。据介绍，这种磁悬浮测试只是抗磁性的展示，不构成超导性的直接证据。
图 | 视频截图（来源：B 站）
(资料图片仅供参考)
8 月 4 日，常海欣课题组将上述实验整理为论文，以《LK-99 的成功生长及其在室温环境压力下的磁悬浮》（Successful growth and room temperature ambient-pressure magnetic levitation of LK-99）为题发在预印本平台 arXiv 上，武浩和杨丽是共同一作，XiaoBichen 是共同作者，常海欣担任通讯作者[1]。
（来源：arXiv）
在韩国学者的论文中（下称“韩国论文”），韩国学者称 LK-99 在室温大气环境压力下展示出超导特性，其还声称所合成的 LK-99 材料表现出超导体的迈斯纳悬浮现象，并且具有高于 400K 的超导转变温度。
根据“韩国论文”，常海欣团队验证和合成了 LK-99 晶体。在室温下，常海欣课题组合成的晶体比“韩国论文”中的样品，能以更大的悬浮角进行磁悬浮。
常海欣课题组在论文中表示：“预计在不久的将来，有望在室温之下展现非接触式超导磁悬浮技术的真正潜力。”
在常海欣团队的实验中，他们通过使用和“韩国论文”相似的固态方法，生长了 LK-99 样品，其组成为 Pb10-xCux(PO4)6O（0.9＜x＜1.1）。
在图 1a 中，从左到右分别显示了前体 Lanarkite Pb2(SO4)O）、前体磷化铜晶体和目标产物 LK-99 的合成温度曲线，所有反应均在 10-2Pa 压力下进行。
此次常海欣团队合成的 LK-99 晶体的照片和光学显微照片，见图 1b 和 1c。图 1d 则展示了 LK-99 的晶体结构，其中四个铂(2)原子的其中一个被铜原子取代。
图 1 | LK-99 样品的合成（来源：arXiv）
研究中，常海欣课题组累计得到两个样品：样品 1 是一个整体为灰黑色的块体；样品 2 是通过磁体排斥筛选的微米晶体，其形状为三角形，边长约 120μm、厚度约 20μm。
图 2a 和图 2b 显示了在物理性质测量系统之中，样品 1 和样品 2 的热磁曲线、零场冷却和场冷却模式的数据。
图 2 | LK-99 样品的抗磁性转变（来源：arXiv）
样品 1 的零场冷却曲线和场冷却曲线，分别在约 326K 和约 299K 处显示出抗磁性转变，这与韩国学者早些时候报道的结果类似。
然而，通过磁体排斥筛选出的微米晶体样品 2，它的抗磁性转变温度约为 340K，略高于样品 1。这表明微米晶体样品 2 具有更高的纯度、结晶度和更好的铜掺杂。
正如其他课题组的理论研究成果所展示的，不同类型样品中的抗磁性差异表明，铜氧诱导的电子能带结构变化，潜在提示了磷酸盐氧化物的超导机制。
图 3 则进一步说明了在室温和大气压下样品 2 的悬浮现象，图片显示当铁磁体靠近基底时，它会升起并完全垂直于基底，悬浮角比室温下的“韩国论文”中的样品更大。
图 3 | 样品 2 的抗磁悬浮现象（来源：arXiv）
此外，常海欣团队还对样品 2 进行了吸引测试。当被铁磁体吸引时，样品 2 没有显示出任何反应，这说明它不会受到铁磁性的影响。
图 4 | 排除样品 2 的铁磁性。当样品被磁铁吸引时没有反应，排除了样品 2 中的铁磁性（来源：arXiv）
综上，在室温和环境压力之下，常海欣课题组已经成功生长出具有一致的抗磁性转变和大悬浮角的 LK-99 材料。
这一研究表明在制备 LK-99 时，结晶度和适当的铜掺杂非常重要，也表明通过铜氧诱导的方式，是 LK-99 这种磷酸盐氧化物能带发生变化原因之一，而这里面可能蕴含着相应的超导机制。
未来，常海欣课题组期待进行更加系统的测试，例如在室温下进行的电学性能测试，或将 LK-99 展示这一磷酸盐氧化物的巨大潜力。
支持：李传福
参考资料：
1.https://arxiv.org/ftp/ arxiv /papers/2308/2308.01516.pdf
2.10.6111/JKCGCT.2023.33.2.061, arXiv : 2307.12008, arXiv: 2307.12037
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