中科院发文：起底韩国室温超导假象

7月22日，韩国Sukbae Lee等人在arXiv上传了两篇论文，称发现了“全球首个室温超导材料”，名为LK-99，论文中给出了LK-99的合成方法，合成门槛很低。文章曝光后引起了大量争论，因为很多小组在试图复制时确实观察到了电阻急剧下降的现象，但是并未降到零。曾有美国科学家怀疑这与其样本中含有硫化亚铜（Cu2S）杂质有关，近日中国科学院物理研究所在Matter发文，解释了出现这一现象的原因。

本文来自微信公众号：知社学术圈 （ID：zhishexueshuquan），作者：知社，原文标题：《中科院发文起底韩国室温超导假象：杂质太多，且只是一级相变》，题图来自：视觉中国

2023年7月22日韩国高丽大学Sukbae Lee等人宣称在Pb_10-xCux(PO₄)₆O (0.9<x<1.1) 中观测到127℃（400K）温度下的超导转变，他们以两位主要发现者Sukbae Lee和Ji-Hoon Kim的姓氏缩写以及最初发现的年代1999年，将这种材料命名为LK-99。

电阻率下降、磁悬浮现象、复现样品材料的纯度，这三个关键问题是很多人争论的焦点。其中引起电阻率下降的原因基本搞清楚了。

中国科学院物理研究所/北京凝聚态物理国家研究中心极端条件实验室EX1组的研究生朱世林，吴伟、李政副研究员和雒建林研究员对韩国团队的论文进行仔细分析，发现其制备方法导致LK-99中存在大量Cu₂S杂质。Cu₂S在400K附近会发生结构相变，从高温六角相变为低温下的单斜相，Cu₂S的电导以及热膨胀系数在相变温度会发生明显的变化，因此猜测LK-99的超导电阻陡变行为可能是杂质Cu₂S导致。

他们测量纯Cu₂S现在400K附近电阻率变化3-4个数量级，与LK-99中所谓的超导行为相似。然而这种结构相变为一级相变，在升降温测量时能会有迟滞行为，这与二级相变的超导转变完全不同。

图1 (A) Cu₂S正常坐标电阻随温度的变化关系 (B) Cu₂S对数坐标电阻随温度的变化关系

为了重复韩国团队LK-99的实验，他们又制作了含不同Cu₂S杂质的LK-99样品，样品S1（LK-99含5%的Cu₂S）和S2（LK-99含70%的Cu₂S），发现它们的电阻都在所谓的超导转变处发生变化，其中S2样品与韩国团队报道的行为高度相似。

图2 (A)S2正常坐标电阻随温度的变化关系，与LK-99电阻几乎一样 (B)S2相变附近放大图   (C)S1正常坐标电阻随温度的变化关系，(D) S1相变附近放大图

图3 (A) S2样品磁化率随温度的变化  (B) S2样品M-H曲线

他们在电阻和磁化率测量中都观测到了迟滞行为后，磁化曲线也是标准的弱抗磁行为。这些都和超导行为完全不同，因此断定LK-99中观察到的电阻下降行为起源于Cu₂S的一级结构相变，而LK-99并非室温超导体。

这也与德国研究人员的结果相印证：他们合成了一种透明的紫色晶体——LK-99纯单晶，去掉了Cu₂S杂质。结果显示，纯LK-99非但不是超导体，实际上是一种电阻极高的绝缘体，而且不可能实现磁悬浮。

德国研究团队合成的LK-99纯晶体。图源：Nature

该工作解开LK-99“室温超导”之谜，发表在最新一期的Matter上，标题为“First order transition in LK-99 containing Cu₂S”。相关工作得到了中国科学院、国家自然科学基金委和科技部项目的支持。

参考文献：

1.https://iop.cas.cn/xwzx/kydt/202311/t20231128_6938527.html

2.https://www.nature.com/articles/d41586-023-02585-7

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