一篇室溫超導(dǎo)論文，再次掀起了互聯(lián)網(wǎng)的小小波動(dòng)。

在最新的一篇論文中，作者們?cè)俅巫C明了室溫下銅取代鉛磷灰石（LK-99）中可能存在邁斯納效應(yīng)。

論文鏈接：https://arxiv.org/pdf/2401.00999.pdf

在室溫下，用銅取代的鉛磷灰石在 25 Oe 的磁場(chǎng)下觀察到抗磁性直流磁化，在零場(chǎng)冷卻和場(chǎng)冷卻測(cè)量之間存在明顯的分歧，在 200 Oe 下變?yōu)轫槾判浴Ｔ诶鋮s過(guò)程中發(fā)現(xiàn)了玻璃記憶效應(yīng)。超導(dǎo)體的典型磁滯回線(xiàn)在 250 K 以下被檢測(cè)到，同時(shí)磁場(chǎng)的前后掃描不對(duì)稱(chēng)。我們的實(shí)驗(yàn)表明，在室溫下，這種材料可能存在邁斯納效應(yīng)。

鑒于還沒(méi)有儀器能測(cè)到理論嚴(yán)格意義上的邁斯納，作者采用了一種更加嚴(yán)謹(jǐn)?shù)谋磉_(dá)方式：「可能」表現(xiàn)出邁斯納效應(yīng)。

令人意外的是，9 位作者，來(lái)自五湖四海：「不曾放棄的人們，來(lái)自不同的專(zhuān)業(yè)和不同的單位，各自散落在五湖四海天涯海角，卻因?yàn)槭覝爻瑢?dǎo)可以實(shí)現(xiàn)相似的理想，在互聯(lián)網(wǎng)上聯(lián)系到了一起。」

人們應(yīng)該都還記得，去年 LK-99 引發(fā)的那場(chǎng)室溫超導(dǎo)熱潮。

LK-99 源自韓國(guó)一個(gè)研究團(tuán)隊(duì)在 2023 年 7 月發(fā)布的兩篇論文。該團(tuán)隊(duì)宣稱(chēng)合成了一種常壓下的室溫超導(dǎo)材料 LK-99，一種銅摻雜的鉛磷灰石，其超導(dǎo)臨界溫度超過(guò)了水的沸點(diǎn)，最高達(dá)到 127 攝氏度。

如果人類(lèi)能夠?qū)崿F(xiàn)室溫常壓超導(dǎo)，那么，電網(wǎng)、電子設(shè)備和交通運(yùn)輸?shù)哪茉葱视型玫酱蠓嵘谒拇喂I(yè)革命也有望開(kāi)啟。所以，在韓國(guó)團(tuán)隊(duì)公布了自己的結(jié)果后，整個(gè)科學(xué)界都被這項(xiàng)研究吸引了。

各國(guó)科學(xué)家有關(guān)韓國(guó)「室溫超導(dǎo)」材料 LK-99 的研究陸續(xù)出爐，但始終未能成功復(fù)現(xiàn)原作者團(tuán)隊(duì)宣稱(chēng)的結(jié)果，持悲觀態(tài)度的人也越來(lái)越多。

2023 年底，韓國(guó)超傳導(dǎo)低溫學(xué)會(huì)驗(yàn)證委員會(huì)表示，經(jīng)歷了幾個(gè)月的驗(yàn)證，此前由韓國(guó)研究團(tuán)隊(duì)制造的疑似室溫超導(dǎo)體 LK-99 沒(méi)有顯示出超導(dǎo)的任何關(guān)鍵特征 —— 在一系列室溫或低溫下的電阻和磁感應(yīng)強(qiáng)度測(cè)試中，LK-99 都沒(méi)有顯示出超導(dǎo)跡象。

與研究中心所說(shuō)的雜質(zhì)很少的單晶樣品會(huì)出現(xiàn)電阻率急劇下降的情況不同，（在委員會(huì)發(fā)布公告之前的）許多論文都報(bào)道說(shuō)，再造樣品中的雜質(zhì) —— 尤其是硫化銅 —— 是造成電阻率急劇下降的原因。

此外，在去除雜質(zhì)的另一份單晶樣品上進(jìn)行的測(cè)試表明，所謂的超導(dǎo)體是一種「非導(dǎo)體（nonconductor）」，不允許電流通過(guò)。

到此，轟轟烈烈的「室溫超導(dǎo)」事件似乎告一段落。

不過(guò)，LK-99 研究團(tuán)隊(duì)的 Kwon Young-wan 表示：「我仍然相信 LK-99 是超導(dǎo)體」。他認(rèn)為委員會(huì)未能重新創(chuàng)造出室溫超導(dǎo)體，因?yàn)閮H用幾個(gè)月就證明該研究的有效性是不可能的。

對(duì)室溫超導(dǎo)抱有極高熱情的研究者們，卻沒(méi)有放棄。

這項(xiàng)研究一上傳，很多人重燃了希望：上次的最大問(wèn)題是「它能復(fù)制嗎？」而這次的答案似乎是「已經(jīng)有了」。

當(dāng)然，大家關(guān)心的問(wèn)題還有很多，比如這篇論文使用的材料和 LK-99 完全相同嗎？研究人員又是如何測(cè)量其超導(dǎo)性的？我們來(lái)看一下這篇論文怎么說(shuō)的。

論文細(xì)節(jié)

完美的抗磁性，即邁斯納效應(yīng)，是檢驗(yàn)超導(dǎo)體的基本標(biāo)準(zhǔn)之一。 

為了證明邁斯納效應(yīng)，首先需要觀察到在臨界溫度 (Tc) 以下出現(xiàn)的一種抗磁性磁化 - 溫度 (M-T) 曲線(xiàn)，這種曲線(xiàn)在零場(chǎng)冷卻 (ZFC) 和場(chǎng)冷卻 (FC) 測(cè)量中會(huì)出現(xiàn)分叉。同時(shí)還需要觀察到在臨界溫度以下的一種超導(dǎo)滯回磁化 - 磁場(chǎng) (M-H) 循環(huán)。

銅取代鉛磷灰石（CSLA），也稱(chēng)為 LK-99，被認(rèn)為是室溫超導(dǎo)體的新型候選材料，但迄今為止尚未報(bào)道完整的邁斯納效應(yīng)。Lee 等人的研究報(bào)道了 LK-99 具有很大的抗磁性，但據(jù) Habamahoro 等人指出，這種抗磁性源于 Cu_2S。

研究表明，在直流（dc）測(cè)量中，一個(gè)更為重要的磁滯回線(xiàn)（hysteresis loop）仍然缺失，而僅在微波環(huán)境中被觀察到。

毫無(wú)疑問(wèn)，直接觀察直流磁滯是必不可少的，這是本工作的主要內(nèi)容。

為了防止過(guò)量銅摻雜導(dǎo)致的鐵磁性，該研究設(shè)計(jì)并制備了改進(jìn)的 CSLA 樣品。過(guò)程如下：

通過(guò)共沉淀方法將磷酸鹽和硫化鉛細(xì)致地混合在水溶液中。然后，將混合物在 180℃下高壓加熱 24 小時(shí)，保持溶液的 pH 值為 8。水熱處理后，將樣品在氬氣環(huán)境下在 900℃下煅燒 8 小時(shí)。然后溫度降至 500°C，并在純氧氣氛中繼續(xù)煅燒 48 小時(shí)。隨后，使樣品在存在氧氣的環(huán)境中冷卻至室溫。

該研究使用 MPMS-3 SQUID 對(duì)樣品進(jìn)行直流磁化測(cè)量，然后分別在 300 K、250 K、200 K 和 100 K 的溫度下進(jìn)行 M-H（ magnetization-magnetic field ） 曲線(xiàn)測(cè)量。然后，樣品被冷卻至 10 開(kāi)爾文，并再次測(cè)量了零場(chǎng)冷卻（ZFC）和場(chǎng)冷卻（FC）曲線(xiàn)，以確定超導(dǎo)體和玻璃記憶效應(yīng)（這是一種磁性行為的指示）。

圖 1 顯示了場(chǎng)掃描前后的 MT 曲線(xiàn)，表現(xiàn)出明顯的 ZFC-FC 分岔。所有曲線(xiàn)在 25 Oe 下都是抗磁性的，而在 200 Oe 下則存在順磁性，這與低場(chǎng)微波吸收中的下臨界場(chǎng) Hc1 為 30 Oe 一致。初始磁化后的 ZFC 曲線(xiàn)低于初始磁化前的 ZFC 曲線(xiàn)，并且在 100 K 附近有明顯的扭結(jié)，表明冷卻時(shí)磁場(chǎng)最終在 100 K 掃過(guò)時(shí)的玻璃記憶效應(yīng)。在 250 K 左右還有一個(gè)轉(zhuǎn)折點(diǎn)，可以將其視為臨界溫度 Tc。當(dāng)曲線(xiàn)低于 50 K 時(shí)，玻璃態(tài)行為在 200 Oe 下更容易觀察到。

三個(gè)溫度下的 M-H 曲線(xiàn)如圖 2 所示，在強(qiáng)磁場(chǎng)下，信號(hào)基本上是順磁的。在 10 Oe 以下，可以清楚地觀察到典型的超導(dǎo)磁滯回線(xiàn)，在 250 K 以上就無(wú)法識(shí)別出滯后現(xiàn)象。值得注意的是，前向和后向掃描之間存在不對(duì)稱(chēng)性，即零場(chǎng)下的負(fù)峰值比正峰值更尖銳。這種不對(duì)稱(chēng)性也在微波吸收中被檢測(cè)到。

由于初始磁化曲線(xiàn)也很重要，因而該研究在圖 3 中給出了不同溫度下的初始磁化曲線(xiàn)和第一次向后掃描曲線(xiàn)。在較低的溫度下，分岔點(diǎn)增加，在低場(chǎng)出現(xiàn)一個(gè)峰，表明邁斯納相可能存在。

圖 4 表明，樣品的晶體結(jié)構(gòu)與磷灰石（apatite）的 P63/m 結(jié)構(gòu)特征一致。

總之，CSLA 中的抗磁性已經(jīng)通過(guò) M-T 曲線(xiàn)和磁滯 M-H 回線(xiàn)進(jìn)行了研究，可以在 250 K 范圍內(nèi)觀察到。考慮到 ZFC-FC 分岔在 300 K 以上，該研究認(rèn)為仍然有很大的機(jī)會(huì)觀察到室溫 - 溫度超導(dǎo)。該研究表示，其樣品中的信號(hào)仍然非常微弱，因此必須進(jìn)一步合成具有更多活性成分的可擴(kuò)展樣品。

在知乎相關(guān)問(wèn)題的討論區(qū)，作者之一洗芝溪表示后續(xù)還將公布視頻：

不管此次結(jié)果如何，相信人們對(duì)室溫超導(dǎo)的研究進(jìn)展都會(huì)持續(xù)關(guān)注。