室溫超導復現(xiàn)失敗？北航連發(fā)兩文未發(fā)現(xiàn)超導磁懸浮，但美國國家實驗室計算證實理論上存在

韓國團隊室溫超導，已經(jīng)引發(fā)了全世界各大實驗室的復現(xiàn)狂潮。

就在剛剛，又出了爆炸性消息。

7 月 31 日 16:13，北航的研究人員在 arXiv 上提交了論文，稱實驗結果未發(fā)現(xiàn) LK-99 的超導性。

他們得到的 LK-99 樣品，其 X 射線衍射圖譜和韓國團隊一致，但無法檢測到巨大抗磁性，也未觀察到磁懸浮現(xiàn)象。

從電輸運性質來看，LK-99 更像是半導體；從電阻率看，LK-99 與超導體的零電阻不符。

而幾乎在同一時間（7 月 31 日 17:58），美國國家實驗室的研究人員提交了一篇 arXiv 論文，研究結果表明，可以確認 LK-99 具備高溫超導體費米能級平坦帶特征。

研究者利用美國能源部的算力對改性鉛磷灰石進行了密度泛函理論計算，發(fā)現(xiàn)其中存在一種能跨越費米能級的平坦帶，這種結構在已知的許多高溫超導體中也存在，因此，LK-99 可能存在超導性。

兩篇論文一出，網(wǎng)友們瞬間沸騰了！

現(xiàn)在，這兩篇論文已經(jīng)居于 Hacker News 的熱榜 Top 2。

北航團隊：未發(fā)現(xiàn)具備超導性

就在剛剛，北航團隊在 arxiv 上連發(fā) 2 篇論文，疑似否認 LK-99 的超導性，瞬間引爆知乎熱搜。

第一篇論文，研究者稱沒有發(fā)現(xiàn)合成物的懸浮現(xiàn)象，還需要審查。

論文地址：https://arxiv.org/pdf/2307.16802.pdf

研究者首先一步步合成了 Pb2SO5，還有 Cu3P。

然后由這 2 種材料，再燒結成 Pb10-xCux (PO4) 6O 化合物。

通過測試，研究發(fā)現(xiàn)與聲稱的超導性相反，Pb10-xCux (PO4) 6O 化合物表現(xiàn)出類似半導體的傳輸行為。

其室溫電阻率高達：

但研究人員的化合物的 x 射線衍射光譜與先前報道的結構數(shù)據(jù)非常一致。

此外，在室溫下，將壓緊的

球團置于商用

磁體上時，不會產(chǎn)生斥力，也不會觀察到磁懸浮現(xiàn)象。

這些結果意味著，改性鉛磷灰石（LK-99）具備室溫超導性的說法需要重新商榷，尤其在電輸運性質上超導性是存疑的。

另外一篇，是北航與中科院沈陽材料科學國家實驗室一起做的關于 LK-99 結構的研究。

研究結果大概表明，導入銅以后，發(fā)生了一個絕緣體到金屬的改變，并且體積縮小。

論文地址：https://arxiv.org/pdf/2307.16040.pdf

論文中，研究人員利用第一原理計算研究了 LK-99 及其母體化合物的電子結構，旨在闡明銅的摻雜效應。

研究結果表明，母體化合物

是絕緣體，而摻雜銅會引起絕緣體金屬轉變，從而導致體積收縮。

LK-99 在費米級附近的能帶結構特征是一個半填充的和一個完全填充的平坦帶。

這兩個平坦帶都來自 1/4 占據(jù)的 O 原子的 2p 軌道和 Cu 的 3d 軌道與其最近鄰 O 原子的 2p 軌道的混合。

有趣的是，研究人員在這兩個平帶上觀察到，4 個 van Hove 奇點，這表明在低溫下電子向結構畸變的不穩(wěn)定性。

但論文并沒有下定論，該材料是否能超導。

總而言之，北航的最新兩篇研究，一方面通過復現(xiàn)實驗對 LK-99 的超導性提出了質疑，但另一方面通過計算模擬得出 LK-99 的結構具有費米能級的平坦帶。

對 LK-99 的論證似乎變得不那么明了，判斷它是不是超導材料成為一件困難的事。

美國國家實驗室：模擬發(fā)現(xiàn)存在超導特征

幾小時前，美國勞倫斯伯克利國家實驗室的研究人員也提交了一份 arXiv 論文，聲稱自己證實了 LK-99 存在超導特征。

具體來講，研究發(fā)現(xiàn)，費米能級孤立平坦帶是超導晶體的標志，而 LK-99 也具備該特征。

論文中，作者模擬了韓國提出材料發(fā)生的情況，即銅原子滲入晶體結構并取代鉛原子，導致晶體產(chǎn)生輕微應變并收縮 0.5%。

據(jù)介紹，這種獨特的結構，正是為了實現(xiàn)這一神奇特性而提出的。

論文地址：https://arxiv.org/pdf/2307.16892.pdf

勞倫斯伯克利國家實驗室的研究人員 Sinéad Griffin，使用美國能源部的算力模擬了這一現(xiàn)象。

作者使用了一種叫做「密度泛函理論」的計算方法，來探究銅取代磷灰石的性質。

研究人員發(fā)現(xiàn)，LK-99 在費米能級（一個重要的能量水平）附近存在一些特殊的能帶結構，這些能帶被稱為「孤立的平帶」。

這些孤立的平帶在已知的一些已建立的超導體家族中，都是高轉變溫度的標志。

LK-99 中孤立平帶的起源有兩個。

其中一個來源是由于銅離子導致了材料的結構畸變，即原子排列的變化。另一個來源是由于鉛離子的孤立電子對形成了一個特殊的電荷密度波。

作者指出，這些結果暗示了一個簡化的模型，即「雙帶模型」，可以較好地描述這種材料中的低能量物理行為。

與此同時，作者還研究了這種材料的「電子結構」會發(fā)生什么變化，即材料中有哪些可用的傳導途徑。

結果發(fā)現(xiàn)，電子的傳導路徑，恰好處于能使它們「超導」的適當條件和位置。

更具體地說，它們接近「費米面」，費米面就像電能的海平面，比如「海平面以上 0 英尺」。

人們認為，靠近費米面的傳導路徑越多，超導溫度就越高。打個比方，由于「地面效應」，飛機更容易飛近海洋表面，從而獲得更大的升力。

論文中，這幅圖顯示了，費米表面上下交叉的「帶」或電子通路。

這些有趣的傳導路徑，只有在銅原子滲入晶格中較不可能的位置或「較高能量」結合部位時才會形成。

這意味著這種材料很難合成，因為只有一小部分晶體中的銅會恰好處于正確的位置。

韓國論文做出修正

今天上午 9 點左右，修正后的室溫超導論文也發(fā)布了！網(wǎng)友們激動地奔走相告。

現(xiàn)在登錄 arXiv，可以看到六人作者的室溫超導論文已經(jīng)在 29 日做過修改，提交過第二版本。

第二版本和第一版本究竟有哪些區(qū)別呢？比較之后發(fā)現(xiàn)，其實重要的改動也就這兩處。

第一處，是一張關鍵的圖表做了修改，變?yōu)閮蓮垺?/p>

看來，此前作者 Hyun-Tak Kim 曾提到的 y 軸磁化率錯誤，應該就是在右圖中得到了修改。

第二處，就是韓語的標注被刪掉了。

但有網(wǎng)友質疑說，「Latex 的錯誤仍然存在，以前出現(xiàn)兩次，現(xiàn)在減少到一次。在提交之前校對一下這么難嗎？」

總之，實質性的改動也就是一個圖而已，這不免讓廣大網(wǎng)友感到失望。

在此之前，六人版論文的三作 Hyun-Tak Kim 曾對《每日經(jīng)濟新聞》透露，論文中確實有一些小的錯誤，團隊已經(jīng)在修改，并將盡快上傳新的版本。

在另一封郵件里，Hyun-Tak Kim 表示，自己已于 27 日上傳了修正后的版本，預計這一版本在周二就可以在 arXiv 上顯示了。

又一個「室溫超導」來了？

有趣的是，一家名為 Taj Quantum 的區(qū)塊鏈公司（劃重點）自稱同樣實現(xiàn)了室溫超導，并且已經(jīng)申請了專利。

就在今天早上，他們發(fā)布了超導體的照片，并介紹稱，這是一種石墨烯泡沫材料。

從美國專利局已經(jīng)可以下載到專利原文。

然而，即便這個東西為真，也不是我們討論的第一類超導。

而絕大多數(shù)網(wǎng)友，對此也持懷疑態(tài)度，認為這個公司蹭熱度的成分更大。

直播網(wǎng)友，在線向原作求助

之前在推上直播 LK-99 復現(xiàn)過程的網(wǎng)友 Andrew McCalip，還在等待第二步中材料的燒制。

他表示自己第一次合成的 CuP 遇到了問題，但他訂購的波蘭產(chǎn) CuP 將在周三早上到達。這意味著第一次最終反應將會在周三開始，周四很可能會出現(xiàn)第一個 LK-99 樣品。

但 Andrew 直播實驗進展時，提到了自己正在苦惱于論文中的細節(jié)太少，在實驗時很難把握制造 LK-99 的工藝。

熱心網(wǎng)友向 Andrew 提供了就 LK-99 制備中的問題向 Lee 提問的網(wǎng)站：

網(wǎng)站地址：https://qcentre.co.kr/qna

這下，Andrew 在實驗過程中的疑惑，可算是有了泄口。

比如，對實驗過程中的細節(jié)處理：

前體材料要到純度級別？要求粒徑是多少？

使用前，是否需要進行任何必要的預處理步驟？

Lanarkite 反應的環(huán)境是空氣還是真空？

LK99 對最后的 925°C 步驟的持續(xù)時間有多敏感？

還有對實驗結果的疑問：

能否詳細說明所觀察到的塊狀材料和薄膜之間的差異？

塊狀材料與薄膜的成分相同嗎？

規(guī)定配方的重復性如何，SC 行為在樣本中是否隨機？

專利圖 22 中，電阻率值取自哪個區(qū)域？淺灰色還是深灰色區(qū)域？

等等......

現(xiàn)在，Andrew 已向網(wǎng)站提交了他的問題。

可以想見，接下來幾天，會有更多的復現(xiàn)實驗結果出來。

全世界研究者的成果將匯總在一起，合力驗證這次人類究竟能不能摘下室溫超導圣杯，進入全新的紀元。

參考資料：

• https://twitter.com/andrewmccalip/status/1685871360948748288

• https://www.zhihu.com/question/614426480/answer/3142610238

• https://arxiv.org/pdf/2307.16802.pdf

• https://arxiv.org/pdf/2307.16040.pdf

• https://arxiv.org/pdf/2307.16892.pdf

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