室温超导被打脸?LK-99 半悬浮样品 北大国科大等力证不是超导,竟是铁磁材料
刘政帆

机锋资讯 8月9日,经由北京大学、中国科学院大学等机构的研究专家所发表的研究论文中提到,LK-99呈现出的是铁磁性半悬浮现象,不具备超导特性。

在强垂直磁场中,研究者认为LK-99的半悬浮现象可以通过软铁磁性得以解释。测量结果并未显示样品中存在迈斯纳效应或零电阻,因此从实验中获得的LK-99样品并不具备超导性。

另一方面,印度国家实验室发表了一份论文,指出在室温下获得的LK-99样品并不表现出超导性。

美国马里兰大学凝聚态物质理论中心(CMTC)也转发了最新的研究成果,声称LK-99并非超导体,甚至无论是在室温下还是在极低温度下都不是。它实际上只是一种电阻非常高的劣质材料。

北大:LK-99 是铁磁体

北大和国科大团队采用固相烧结法,成功地合成了多晶 LK-99 样陶瓷样品。

产物为直径 6 毫米、厚度 3 毫米的黑色厚块

根据 X 射线衍射的结果,粉末的主要成分为 Pb10-xCux(PO4)6O 和 Cu2S,与韩国团队的研究一致。

团队在 Nd2Fe14B 磁体上,观察到了上述样品的「半悬浮」现象。

进行了磁化率测量后,研究者发现这些小片和一块未表现半悬浮现象的大片样品中普遍含有微弱的软铁磁成分。

考虑到各个小片的形状呈现显著的各向异性,团队认为软铁磁性已足以解释在强垂直磁场中观察到的半悬浮现象。

此外,由于测量结果并未显示出迈斯纳效应或零电阻现象,团队得出结论认为样品并不具备超导性。

研究者测量了未半悬浮在 Nd2Fe14B 磁体上的样品 S1 的磁化强度,连续进行了场冷却(FC)和零场冷却(ZFC)测量。

当外部磁场为 10 Oe 时,磁化强度与温度的 FC 和 ZFC 曲线均显示出正磁矩和明显的支化,如图 2 (a)。

当磁场增加到 10 kOe 时,FC 和 ZFC M-T 曲线保持正值且重合,如图 2 (b) 所示。

分支模式在FC和ZFC曲线中通常出现在铁磁材料、自旋玻璃材料和超导体中。

然而,自旋玻璃态在较低温度下更为常见,它有效地冻结了磁矩,而超导态通常会产生显著的负ZFC磁化强度值。

正是这一现象,使得团队首次察觉到铁磁成分的存在。

为了进一步深入探索样品中的铁磁成分,研究者在100 K和300 K下进行了与场相关的磁化强度测量,具体结果见图2(c)。

外部磁场的变化过程包括从0增加到70 kOe,然后从70 kOe减少到-70 kOe,最后再次从-70 kOe增加到70 kOe。在这两种温度下,都观察到了类似的行为。

当磁场从0增加到1500 Oe时,磁化强度随着磁场的增加而增大,然后几乎以线性方式随着磁场的增加而减小,甚至变为负值。

这种现象表明样品S1中存在大量的绝缘成分。

低场数据呈现出明显的磁滞回线,进一步印证了铁磁相的存在,详见图2(d)。

以图3中的100K条件为例,剔除抗磁性背景后,在20 kOe以上观察到典型的饱和现象。

进一步将样本S1与一些抗磁性材料进行比较:

剔除的抗磁性磁化率(约为-2 x 10^-6 emu/g)大于铋(-1.6 x 10^-6 emu/g)和水(-10^-7 emu/g)的抗磁性磁化率,但小于热解碳(~ -4 x 10^-6 emu/g)的抗磁性磁化率。

这暗示这部分磁化率不是由超导性引起的。

然而,为什么它会出现半悬浮现象呢?

接着,研究团队对颗粒样品S2的磁化率进行测量,当它靠近一个Nd2Fe14B磁体时,该样品开始出现震动[见下图]。

由于这个样品太小无法准确称重,因此团队在图 4 中直接以「emu」为垂直轴的单位表示。

磁化率-温度(M-T)曲线的 FC 和 ZFC 测量结果显示出与样品 S1 类似的正值和类似的分支结构。

这表明 S1 和 S2 具有类似的磁性组分。然而,许多其他样品对 Nd2Fe14B 磁体没有反应,有些甚至比 S2 还要小。

团队认为这可能与样品的非均匀性有关,当样品具有适当的大小、适当的组分和适当的形状时,就有可能达到半悬浮状态。

北大和中科院的研究团队总结认为,形状各向异性样品呈现半悬浮现象的原因可能是由铁磁性引起的。然而,这种在Pb-Cu-P-O体系中表现出的室温铁磁性现象,正引起物理学家们的进一步关注和研究。

不过,华工大学教授"洗芝溪"对这项研究发表了自己的看法,他指出北大团队的研究工作存在较低的完成度。他表示很多数据没有经过认真处理,大场数据的磁滞回线不重合,还发现有手绘的图形存在。

尽管存在不同观点,这项研究无疑引发了学术界的关注,并在解释半悬浮现象的背后机制上提供了一个有趣的视角。

回答地址:https://www.zhihu.com/people/yao326yao

他表示,将其称为弱铁磁,有些牵强。因为磁场加到 3T 不饱和,不符合常理。

如果一定要将其称为铁磁,最多也就是形成了一些小磁畴,所以磁化率才会这么小。

北大研究中,对于一个有很多相的样品,其中最主要的相还具有压制性。如果一个样品是铁磁,就会自动排除超导相。

根据北大样品的数据,洗芝溪表达了自己的看法,他对这些数据持保留态度,不愿意轻易认同其为铁磁抗磁混合相,而更可能是某种特殊的自旋液体,甚至可能是自旋玻璃。考虑到样品内部存在许多三角格子,自旋阻碍效应的存在是一个可能性。

另一方面,之前西班牙团队的一篇论文也提出了类似的观点,指出LK-99是一种多相异质结构,很难在实验中复现。该论文中解释,LK-99具有多个相共存的异质结构,这些相在X射线衍射(XRD)中可能不会产生明显的峰,但仍会对电阻和磁性产生影响。

换句话说,想要在实验中复现这种材料的现象会变得极为复杂。因为可能的超导性相会被非超导性材料所包裹,导致最终呈现出的现象变得更加令人迷惑。

需要注意的是,即使XRD数据相同,样品的磁性能也不一定相同。

与此几乎同时,印度国家实验室也发表了一篇论文,声称所得的LK-99样品在室温下并不具备超导性。这个新的观点为LK-99的性质带来了更多的认知和研究方向。

LK-99 能够半飘起来,竟是被磁矩支撑着。


依据来自北京大学的最新研究成果,目前的情况显示LK-99很有可能只是一种铁磁性材料,这一认识也可以很好地解释其悬浮特性。不过,关于室温下的超导性革命,似乎还需要再等待一段时间。这项研究结果为我们对LK-99的理解提供了更为清晰的方向。

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钱纪韫
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