LK-99单晶体样品,不含硫化亚铜杂质。
LK-99,一种2周多以前被韩国量子能源研究中心公司团队及相关团队宣称能够实现室温超导的神奇材料,其神话正在被终结。
8月11日17时47分,位于德国斯图加特的马克斯普朗克固体研究所的科学家帕斯卡·普帕尔(PascalPuphal)提交的预印本论文,可能完成了对LK-99的“最后一击”。
该论文称,他们成功合成了不含硫化亚铜杂质的紫色透明的LK-99单晶体样品,经测定,排除其超导的可能性。
此外,当地时间8月16日,国际学术期刊《自然》(Nature)官网发布新闻,“LK-99不是超导体——科学侦探们如何解开这个谜团”,梳理了今年夏天这一最热闹的科学事件,以及人们的反思。
LK-99是一种铜掺杂铅磷灰石材料。前述新闻文章称,现在,经过数十次复制努力,许多专家自信地说,证据表明LK-99不是室温超导体。
前述文章由美国科学记者、自由撰稿人丹尼尔·加里斯托(DanielGaristo)撰写。他写道,世界不同地区和实验室科学家对LK-99的复制验证实验与研究工作,一同拼凑出了“为什么这个材料表现出类似超导行为”这一谜团的答案。
韩国团队“烧制”LK-99的方法。
疯传的“半悬浮”或悬浮视频
2周多以前,7月22日上午,两篇宣称LK-99能够在“室温+常压”条件下超导的论文先后在预印本网站arXiv上公开。这是一种铜掺杂铅磷灰石材料,其成分为Pb10-xCux(PO4)6O(0.9
LK-99呈现出的特性——在磁铁上方半悬浮,电阻率在特定温度时突然下降,让人们惊呼难道它真的是全世界首款室温常压超导材料?虽然预印本论文是未经同行评议、尚未正式发表的论文,但前述论文中的说法和金铉德此后公布的LK-99在磁体上“半悬浮”的视频很快传遍网络,并引爆学术界和社会舆论。
这是个巨大的突破,还是个乌龙?
在转变温度Tc以下呈现出零电阻和完全抗磁性是超导体的两个重要特性。但韩国团队在论文中公布的实验数据被认为不足以证明LK-99系超导体,因而受到质疑。国际上多个研究团队尝试合成LK-99,以验证其实验结果。
中文互联网网站抖音和哔哩哔哩(B站)上甚至分别出现了宣称实现LK-99样品完全磁悬浮的视频,引起人们关注和转发。但随后相关视频发布者澄清称,系杜撰,并非LK-99样品。
累积的证据
在被否定之前,一些理论计算甚至为“LK-99是室温超导体”提供了支持证据。
7月31日17时58分,美国劳伦斯伯克利国家实验室(LBNL)研究员西尼德·M·格里芬在预印本网站arXiv提交了标题为《铜掺杂的铅磷灰石中相关孤立扁平带的起源》(Originofcorrelatedisolatedflatbandsincopper-substitutedleadphosphateapatite)论文,称对LK-99进行了密度泛函理论计算(DFT),确定了其在费米级上相关的孤立平带,“这是已建立的超导体家族中高转变温度的共同特征。”
该论文称,如果铜离子取代铅离子的位置合适,相关化合物可以显示出高温超导体的许多关键特征。
前述预印本论文公开后,很多人认为LK-99非常有希望是超导体。
北京航空航天大学科研团队提交预印论文称,没有在LK-99重复实验中观察到磁悬浮现象。
但7月31日16时13分,北京航空航天大学材料科学与工程学院刘知琪教授团队在预印本网站arXiv上提交论文称,他们根据韩国团队公布的方法合成了LK-99样品,没有发现其具有超导性。相关样品在室温下置于磁体顶部时,也没有观察到磁悬浮现象。该材料在室温下的电阻不为零。
8月2日14时59分,东南大学物理学院教授、博士生导师孙悦在预印本网站arXiv提交论文称,6片样品中的1片样品在100K(零下173.15摄氏度)以上温度时,测得零电阻,但没有抗磁性。
8月6日13时34分,北京大学量子材料科学中心(ICQM)科研人员在预印本网站arXiv提交论文称,虽然在一些片状的小碎片LK-99样品中成功地观测到了“磁半悬浮”现象,但经测量,其样品中不存在迈斯纳效应或零电阻,因此不具有超导性。实验结果表明,其样品含有软铁磁成分。
由美国普林斯顿大学物理系、化学系,美国俄勒冈大学化学与生物化学系,德国马克斯·普朗克固体化学物理学研究所等机构的科研人员联合完成,并于8月9日提交的一篇预印本论文称,研究团队合成了LK-99样品,呈透明状,分析结果表明,该LK-99样品没有表现出高温超导性;铜的替代在热力学上是非常不利的;LK-99更有可能是磁体,而不是室温常压超导体。
他们进行X射线成像以确定LK-99样品的结构,并依此进行严格的计算。结果表明,LK-99中的“平带”来自强局域电子,无法按照超导体所需的方式“跳跃”。
从不纯的样品到单晶体:最后一击
每“烧制”1份铜掺杂磷酸铅晶体(纯LK-99),就会产生17份铜和5份硫。这些残留物会产生大量杂质,尤其是硫化亚铜。韩国团队在其论文中报告了这种情况。
韩国团队同时在预印本中指出,在一个特定温度下,LK-99的电阻率下降了十倍。美国伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校化学家普拉尚特·詹恩(PrashantJain)说,“104.8摄氏度,我当时想,等一下,我知道这个温度。”104摄