今天凌晨,东南大学物理学教授孙悦组,在B站发布视频,称LK-99在110K(-163°C)温度以下的常压情况下电阻率跳变,观测到了零电阻现象,同时将论文发布到arXiv上占坑,虽然这个温度离室温还有一段距离,团队认为这可能是一种候选的高温超导体,目前东南大学并没有验证到制备的材料有明显的抗磁性,具体情况还需进一步测量。
制备流程
东南大学团队主要利用固相合成技术,获得Pb(10-x)Cux(PO4)6O晶体,随后论证了在常压超过100K条件下,LK-99具备零电阻现象,团队认为这可能是一种候选的高温超导体(high-temperature superconductor)。
制备流程中,东南大学团队按照韩国原团队论文流程进行复现,先合成黄铅矿和磷化亚铜晶体,第一步将氧化铅和硫酸铅的粉末,以1:1的比例在玛瑙研钵中均匀混合,随后将混合物放在两个容器中,一个是高真空下的石英管,另一个是暴露在空气中的氧化铝坩埚。
孙悦组特别强调了Pb(SO4)的高纯度(99.99%),这也符合前几天论文一作李石培答复印度团队时强调的高纯度,再将混合物以每分钟 3 ℃ 的速度加热至 725℃,持续 24 小时,经过对比发现,空气中烧结的混合物最终转化为Pb3O2SO4,而密封在真空石英管中的混合物转化为黄铅矿Pb2(SO4)O;
多样品测试
第二步将铜粉和磷粉按各成分比例混合,在高真空石英管中,同样以 3 ℃/min 的速度缓慢加热至 550 °C,烧制48小时得到磷化亚铜晶体。下面关键点来了,东南大学用第一步制备的不同的前驱物,制成了四种样品。
前驱物磷化亚铜Cu3P和黄铅矿Pb2(SO4)O,以及所有合成产物的X射线衍射图样(XRD)都显示在下图中,左边测量的是两种前驱物,右边测量的是团队做出的四个样品,对比四种样品S1、S2、S3和S4,其中S1 和 S2 的粉末 XRD 图样显示出相同的峰位,S3 和 S4 的粉末 XRD 图样也显示出相同的峰位。
X射线衍射的实验结果,完美证实了东南大学的结构与参考文献一致,而且可以看到上面标出的Cu2S的峰非常小,所以东南大学团队样品的纯度比韩国团队还要高一些!
110K零电阻
下面是最震撼的零电阻测试,由于样品易碎,很难将其切割成规则形状,所以对不规则的LK-99进行电学测量,下面左图中显示了样品 S1在 110 K 时观察到明显的零电阻特征,其他一些样品表现出的部分性质也基本与原团队结果一致。
而在250K以上,明显观察到两个显著的电阻温度上升和冷却测量曲线完全吻合,目前还不清楚这些大跃变的原因,可能是由于电极接触的影响,右图中是当施加的磁场增加到7T时,电阻趋势出现异常。
确实可以明显看到,在室温250K附近,LK-99有明显的跳变,产生这些现象的原因还有待进一步研究,不过总而言之,目前来看零电阻在磁场作用下比较稳定,这表明该超导体中可能存在较大的上临界磁场。比较遗憾的则是,东南大学没有观测到明显的迈斯纳效应,这个完全的抗磁性还没有体现出来,所以,LK-99材料是否是室温超导还有待进一步测量,不过目前为止,东南大学团队认为LK-99至少可能是一种候选的高温超导体,取得了又一个阶段性的成果。
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