1
投資
韓國團隊室溫超導，已經引發了全世界各大實驗室的複現狂潮。
就在剛剛，又出了爆炸性消息。
7 月 31 日 16:13，北航的研究人員在 arXiv 上提交了論文，稱實驗結果未發現 LK-99 的超導性。
他們得到的 LK-99 樣品，其 X 射線衍射圖譜和韓國團隊一致，但無法檢測到巨大抗磁性，也未觀察到磁懸浮現象。
從電輸運性質來看，LK-99 更像是半導體；從電阻率看，LK-99 與超導體的零電阻不符。
而幾乎在同一時間（7 月 31 日 17:58），美國國家實驗室的研究人員提交了一篇 arXiv 論文，研究結果表明，可以確認 LK-99 具備高溫超導體費米能級平坦帶特徵。
研究者利用美國能源部的算力對改性鉛磷灰石進行了密度泛函理論計算，發現其中存在一種能跨越費米能級的平坦帶，這種結構在已知的許多高溫超導體中也存在，因此，LK-99 可能存在超導性。
兩篇論文一出，網友們瞬間沸騰了！
現在，這兩篇論文已經居於 Hacker News 的熱榜 Top 2。
北航團隊：未發現具備超導性
就在剛剛，北航團隊在 arxiv 上連發 2 篇論文，疑似否認 LK-99 的超導性，瞬間引爆知乎熱搜。
第一篇論文，研究者稱沒有發現合成物的懸浮現象，還需要審查。
論文地址：https://arxiv.org/pdf/2307.16802.pdf
研究者首先一步步合成了 Pb 2 SO 5，還有 Cu 3 P。
然後由這 2 種材料，再燒結成 Pb 10-x Cu x (PO 4 ) 6 O 化合物。
結果顯示，實驗產物的 XRD 和韓國團隊的改性鉛磷灰石 XRD 類似
通過測試，研究發現與聲稱的超導性相反，Pb 10-x Cu x (PO 4 ) 6 O 化合物表現出類似半導體的傳輸行為。其室溫電阻率高達 ~1.94×10 4 Ω·cm，但研究人員的化合物的 x 射線衍射光譜與先前報導的結構數據非常一致。
此外，在室溫下，將壓緊的 Pb 10-x Cu x (PO 4 ) 6 O 球團置於商用 Nd 2 Fe 14 B 磁體上時，不會產生斥力，也不會觀察到磁懸浮現象。
這些結果意味著，改性鉛磷灰石（LK-99）具備室溫超導性的說法需要重新商榷，尤其在電輸運性質上超導性是存疑的。
Claude 總結的論文內容，僅供參考
另外一篇，是北航與中科院瀋陽材料科學國家實驗室一起做的關於 LK-99 結構的研究。
研究結果大概表明，導入銅以後，發生了一個絕緣體到金屬的改變，並且體積縮小。
論文地址：https://arxiv.org/pdf/2307.16040.pdf
論文中，研究人員利用第一原理計算研究了 LK-99 及其母體化合物的電子結構，旨在闡明銅的摻雜效應。
研究結果表明，母體化合物 Pb 10 (PO 4 ) 6 O 是絕緣體，而摻雜銅會引起絕緣體金屬轉變，從而導致體積收縮。
LK-99 在費米級附近的能帶結構特徵是一個半填充的和一個完全填充的平坦帶。
這兩個平坦帶都來自 1/4 佔據的 O 原子的 2p 軌道和 Cu 的 3d 軌道與其最近鄰 O 原子的 2p 軌道的混合。
有趣的是，研究人員在這兩個平帶上觀察到，4 個 van Hove 奇點，這表明在低溫下電子向結構畸變的不穩定性。
但論文並沒有下定論，該材料是否能超導。
總而言之，北航的最新兩篇研究，一方面通過復現實驗對 LK-99 的超導性提出了質疑，但另一方面通過計算模擬得出 LK-99 的結構具有費米能級的平坦帶。
對 LK-99 的論證似乎變得不那麼明了，判斷它是不是超導材料成為一件困難的事。
美國國家實驗室：模擬發現存在超導特徵
幾小時前，美國勞倫斯伯克利國家實驗室的研究人員也提交了一份 arXiv 論文，聲稱自己證實了 LK-99 存在超導特徵。
具體來講，研究發現，費米能級孤立平坦帶是超導晶體的標誌，而 LK-99 也具備該特徵。
論文中，作者模擬了韓國提出材料發生的情況，即銅原子滲入晶體結構並取代鉛原子，導致晶體產生輕微應變並收縮 0.5%。
根據介紹，這種獨特的結構，正是為了實現這一神奇特性而提出的。
論文地址：https://arxiv.org/pdf/2307.16892.pdf
勞倫斯伯克利國家實驗室的研究人員 Sinéad Griffin，使用美國能源部的算力模擬了這一現象。
作者使用了一種叫做「密度泛函理論」的計算方法，來探究銅取代磷灰石的性質。
研究人員發現，LK-99 在費米能級（一個重要的能量水平）附近存在一些特殊的能帶結構，這些能帶被稱為「孤立的平帶」。
這些孤立的平帶在已知的一些已建立的超導體家族中，都是高轉變溫度的標誌。
LK-99 中孤立平帶的起源有兩個。
其中一個來源是由於銅離子導致了材料的結構畸變，即原子排列的變化。另一個來源是由於鉛離子的孤立電子對形成了一個特殊的電荷密度波。
作者指出，這些結果暗示了一個簡化的模型，即「雙帶模型」，可以較好地描述這種材料中的低能量物理行為。
與此同時，作者還研究了這種材料的「電子結構」會發生什麼變化，即材料中有哪些可用的傳導途徑。
結果發現，電子的傳導路徑，恰好處於能使它們「超導」的適當條件和位置。
更具體地說，它們接近「費米面」，費米面就像電能的海平面，比如「海平面以上 0 英尺」。
人們認為，靠近費米面的傳導路徑越多，超導溫度就越高。打個比方，由於「地面效應」，飛機更容易飛近海洋表面，從而獲得更大的升力。
論文中，這幅圖顯示了，費米表面上下交叉的「帶」或電子通路。
這些有趣的傳導路徑，只有在銅原子滲入晶格中較不可能的位置或「較高能量」結合部位時才會形成。
這意味著這種材料很難合成，因為只有一小部分晶體中的銅會恰好處於正確的位置。
Claude 總結的論文內容，僅供參考
韓國論文做出修正
今天上午 9 點左右，修正後的室溫超導論文也發布了！網友們激動地奔走相告。
現在登錄 arXiv，可以看到六人作者的室溫超導論文已經在 29 日做過修改，提交過第二版本。
第二版本和第一版本究竟有哪些區別呢？比較之後發現，其實重要的改動也就這兩處。
第一處，是一張關鍵的圖表做了修改，變為兩張。
看來，此前作者 Hyun-Tak Kim 曾提到的 y 軸磁化率錯誤，應該就是在右圖中得到了修改。
左：舊版；右：新版
第二處，就是韓語的標註被刪掉了。
但有網友質疑說，「Latex 的錯誤仍然存在，以前出現兩次，現在減少到一次。在提交之前校對一下這麼難嗎？」
總之，實質性的改動也就是一個圖而已，這不免讓廣大網友感到失望。
在此之前，六人版論文的三作 Hyun-Tak Kim 曾對《每日經濟新聞》透露，論文中確實有一些小的錯誤，團隊已經在修改，並將盡快上傳新的版本。
在 7 月 28 日，Hyun-Tak Kim 曾經在郵件中表示，y 軸磁化率有兩處數據錯誤，他會馬上修改
在另一封郵件裡，Hyun-Tak Kim 表示，自己已於 27 日上傳了修正後的版本，預計這一版本在周二就可以在 arXiv 上顯示了。
又一個「室溫超導」來了？
有趣的是，一家名為 Taj Quantum 的區塊鏈公司（劃重點）自稱同樣實現了室溫超導，並且已經申請了專利。
就在今天早上，他們發布了超導體的照片，並介紹稱說這是一種石墨烯泡沫材料。
從美國專利局已經可以下載到專利原文。
https://kdocs.cn/l/caKwDx25VrCU?f=201
然而，即便這個東西為真，也不是我們討論的第一類超導。
而絕大多數網友，對此也持懷疑態度，認為這個公司蹭熱度的成分更大。
直播網友，在線向原作求助
之前在推上直播 LK-99 復現過程的網友 Andrew McCalip，還在等待第二步中材料的燒製。
他表示自己第一次合成的 CuP 遇到了問題，但他訂購的波蘭產 CuP 將在周三早上到達。
這意味著第一次最終反應將會在周三開始，週四很可能會出現第一個 LK-99 樣品。
但 Andrew 直播實驗進展時，提到了自己正在苦惱於論文中的細節太少，在實驗時很難把握製造 LK-99 的工藝。
熱心網友向 Andrew 提供了就 LK-99 製備中的問題向 Lee 提問的網站：
這下，Andrew 在實驗過程中的疑惑，可算是有了洩口。
比如，對實驗過程中的細節處理：
前體材料要到純度級別？要求粒徑是多少？
使用前，是否需要進行任何必要的預處理步驟？
Lanarkite 反應的環境是空氣還是真空？
LK99 對最後的 925°C 步驟的持續時間有多敏感？
還有對實驗結果的疑問：
能否詳細說明所觀察到的塊狀材料和薄膜之間的差異？
塊狀材料與薄膜的成分相同嗎？
規定配方的重複性如何，SC 行為在樣本中是否隨機？
專利圖 22 中，電阻率值取自哪個區域？淺灰色還是深灰色區域？
等等……
現在，Andrew 已向網站提交了他的問題。
可以想見，接下來幾天，會有更多的複現實驗結果出來。
全世界研究者的成果將匯總在一起，合力驗證這次人類究竟能不能摘下室溫超導聖杯，進入全新的紀元。
【參考資料】
- https://twitter.com/andrewmccalip/status/1685871360948748288
- https://www.zhihu.com/question/614426480/answer/3142610238
- https://arxiv.org/pdf/2307.16802.pdf
- https://arxiv.org/pdf/2307.16040.pdf
- https://arxiv.org/pdf/2307.16892.pdf
《虎嗅網》授權轉載
【延伸閱讀】
218873
