韩国宣发室温超导新材料，曾以“吃翔”做赌的B站何教授也慌了

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韩国一团队在2023年7月22日的arXiv发布了两篇文章，总结起来如下：

• 他们合成了一种铜掺杂的材料；
• 他们证明了该材料具有零电阻转变和迈斯纳效应；
• 该材料是一种常压下的室温超导材料；
• 该材料的超导临界温度为127℃（400 K）。

曾以吃翔做赌的B站up主（来自星星的何教授|粉丝数：24.8万）第一时间做了视频对此进行回应：

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在视频的评论区，网友们纷纷发表见解：

1. “纯路人，但是这也太离谱了，类比到我的专业里就好像晶体管刚被发明出来就有人手搓出了5nm CPU。有无懂哥讲讲材料学领域里有类似的先例吗......”

——网友：2sc3357

下面有人追评道：“胶带撕出石墨烯。”

——网友：phylossia

2. “这次比那个迪亚斯的还有点靠谱，有视频，有制备方法，就看全球其他实验室能不能跟进验证一下？还有点小激动，希望不是造假吧，毕竟是能改变全球人类的科技啊”

——网友：电灯泡酱亲亲

3. “作为一个研究超导的学渣…只能说持观望状态，这个组给出的数据跟证据确实很足，但是也有很多奇怪的地方，比如说这个材料的临界温度有可能是其结晶构造产生了相变，所以导致了电阻变化（导体转变为绝缘体之类的）。完全抗磁性那个视频，有可能是因为材料本身是个性能特殊的磁体。电阻为0这个，我不好说，但是拥有大体积的优良导体被测量电阻的时候，由于电阻太小，显示为0也是常有的事。综上所述，虽然不能说100%是假，但是乌龙的可能性也不小，建议先观望观望”

——网友：胖ノ牌叔

另外，该话题已经冲上了知乎热榜第一（韩国研究人员声称发现常压室温超导材料，具体情况如何？可信度有多高？|热度：6000万），我们截取了部分代表性评论：

1. “读了一下文章，从数据上我挑不出什么毛病。除非是刻意造假，否则室温超导可能真的来了。关键是他这个材料太符合我的想象了，我心目中理想超导体该有的要素，他好像都具备了：三角结构、分数占据、分数价态、局域电子的离域化、饱和壳层对导电通道的保护，等等。这么漂亮的结构，要是造假，可就太伤我心了。主要是每年这样的文章实在太多了，有点怕。很希望这次是真的。

——知乎作者：洗芝溪

2. “首先第一感觉是比Dias的真多了…然后咨询了一下老师们，有一位老师的回答比较值得分享：“120摄氏度太夸张了，因为这相当于需要用高压锅才能把这材料煮到失超…”想了想确实如果在这么嘈杂的声子背景下还能维持长程的correlation真的会很令人惊讶。持续关注…

——知乎作者：Mile Christ

3. “有一种《村民向你分享了核聚变技术》的感觉”

——知乎作者：小粉红

4. “我们组已经开始做试验了”

——知乎作者：半导体与物理

下面我们进入正文，该文章由来自韩国Quantum Energy Research Centre Incorporated (Inc.)的Sukbae Lee, Ji-Hoon Kim和来自高丽大学的 Young-Wan Kwon团队合作，以题为“The First Room-Temperature Ambient-Pressure Superconductor”的文章发表在2023年7月22日的预印本网站“arXiv”。

1. 创新型研究内容

本研究在世界上首次成功合成了在常压下工作的室温超导体（Tc≥400 K，127℃），其结构为改性铅磷灰石（LK-99）。临界温度 (Tc)、零电阻率、临界电流 (Ic)、临界磁场 (Hc) 和迈斯纳效应证明了 LK-99 的超导性。LK-99 的超导性源于轻微的体积收缩（0.48%）造成的微小结构变形，而非温度和压力等外部因素。收缩是由 Pb(2)-phosphate 绝缘网络中的 Cu2+ 取代 Pb2+(2) 离子引起的，它们会产生应力，并且能够转移到圆柱形柱的 Pb(1) 上，导致圆柱界面变形，从而在界面上形成超导量子阱 (SQW)。热容量结果表明，新模型适用于解释 LK-99 的超导性。LK-99 的独特结构使得微小的扭曲结构在界面中得以保持，这是 LK-99 在室温和环境压力下保持和显示超导性的最重要因素。

图1 (a) 不同温度下的测量电压与外加电流的关系

图 1(a)显示了在不同温度（298 K ~ 398 K）下测量到的电压与外加电流的关系，图 1(a)的测量是在 10-3 托的真空中以温度每增加 20 K 改变直流电极性的方式进行的。在各种块状样品中，比电阻的测量范围为 10-6 至 10-9 Ω cm。此外，本研究还通过热气相沉积工艺（UNIVAC，韩国）在精密玻璃板上制作了 LK-99 薄膜。

图 1(b) 显示了 LK-99 薄膜的零电阻率，它符合作为新型超导体的国际标准。根据国际电工委员会的标准，超导性有两个等效标准：1 µV/cm 或 0.1 µV/cm 的电场标准和 10-11 Ω cm 的电阻率标准。如图 1(b)所示，在外加电流增大和减小的过程中，测得的电压在 0.1 µV/cm 的范围内。此外，电阻率的计算结果为 10-10 ~ 10-11 Ω cm。随着晶界的减小，薄膜的残余电阻也随之减小。

图 1(c) 显示了外加磁场（H）与外加电流的关系。在图 1(d) 中，即使温度高达 400 K，零磁场冷却和 10 Oe 磁场冷却的直流磁化值仍为负值。此外，在图 1(e) 和 (f) 中，即使在 400 K 和 3000 Oe 或更高的温度下，临界电流值（7 mA）也不为零。此外，由于 LK-99 具有图 2 所示的多晶形态，块状样品的非均匀电阻率可解释为多晶超导相的晶粒间边界、晶粒间涡流、自由涡流。此外，本研究还观察到超导体-普通金属-超导体或晶粒间耦合超导体欠阻尼结的约瑟夫森现象以及晶粒间或晶粒内网络的热电效应。

图2 与 COD 相匹配的 LK-99 XRD 结果，原始 XRD 数据仅经过 Kα2 剥离，未作任何其他处理

图 2 显示了用 QualX2.0 软件对 LK-99 进行匹配的结果，并通过 VESTA 软件的模拟数据进行了证明，该软件使用晶体学开放数据库（COD）执行搜索匹配操作。结果表明，LK-99 是多晶体。主峰与铅磷灰石（AP）结构十分吻合，同时还显示出少量的Cu2S 杂质。原始铅磷灰石的晶系为六方晶系（P63/m，176），晶胞参数为 a=9.865 Å 和 c=7.431 Å。然而，与参数为 a=9.843 Å 和 c=7.428 Å 的铅磷灰石相比，LK-99 略有收缩。LK-99 的体积缩小了 0.48 %。

人类早已认识到，物质的特性源于其结构。然而，迄今为止，超导性与材料结构变化之间的相关性还很难得到很好的阐明。事实上，目前发现的影响超导体超导性产生的两个主要因素是温度和压力，而温度和压力都会影响其体积。在低温或高压下，体积减小所产生的应力似乎会导致微小的应变或变形。虽然在超导材料中很难观察到微小的结构变化，但这种结构变化似乎带来了它的超导性。

图3 (a) 由 VESTA 软件生成的磷灰石铅和 LK-99 的 c 轴俯视图

如图 3（b）所示，LK-99 呈灰黑色。它是与典型超导体颜色相同的超导体。铅磷灰石体系 Pb10(PO4)6O 是一种象牙色粉末，是一种绝缘体。LK-99 具有如图 3（a）所示的三维网络结构，一个圆柱形柱体被绝缘的四面体 PO4 网络结构所包围。如图 3（e）中圆柱的侧视图所示，每隔 6.541 Å 排列的圆柱由两个形状相反的三角形组成的不对称多面体六 Pb(1)-On 成分构成。多面体的四个 Pb(2) 是 LK-99 的绝缘 PO4 网络结构的组成部分。预计 LK-99 的改性铅磷灰石成分为 Pb10-xCux(PO4)6O，x=0.9~1.0，其中四个 Pb(2)离子中的一个被铅磷灰石多面体 Pb(2)位点上的 Cu(II)离子取代。在 LK-99 中，铜的比例是根据 XPS 的原子百分比数据确定的，并通过Debye热容模型得到证实。这与之前发表的研究结果完全一致。由于 Cu2+ 离子（87 pm）比 Pb2+ 离子（133 pm）小，因此在 LK-99 中置换 Cu2+ 离子会导致体积缩小 0.48%。应力发生在网络部分，然后影响了超导的出现。

图4 (a) 根据热容量数据计算出的Debye温度；(b) LK-99 的热容量曲线

图 4 显示，LK-99 的Debye温度在约 184 K 到 1300 K 之间不断变化，因此无法用电子-声子预测模型计算 Tc。蓝色曲线（Debye温度 = 280 K）是典型磷灰石的计算热容量，因为典型磷灰石的 Debye 温度为 280 K。在传统超导体中，电子-声子模型可以很好地解释热容。而在电子-声子模型中，对预测 Tc 影响最大的参数之一是Debye温度。LK-99 的热容量曲线（黑线曲线）并不遵循 Debye 模型，因为在 LK-99 的网络部分，正常振动模式受到 Cu2+ 离子置换的限制。这一结果也证实了 LK-99 的结构因 Cu2+ 离子的置换而发生了扭曲。从 LK-99 的 EPR 实验结果来看，超导性的表现可以用 SQW 的形成来解释。

还有一篇论文用量子阱模型解释了超导现象。然而，他们并没有像本研究一样展示出对应的EPR 信号。图 3(d) 是电流-电压测量后在样品（LK-99）上测得的 EPR 信号。与未施加电流的信号（图 3(f)）相比，整体信号强度有所下降，图 3(g)中回旋共振信号强度也相对下降。此外，在基于 CuO 的超导体中，大吸收 EPR 信号出现在很低的温度和低于 1000 Oe 的外磁场中，本研究在 YBCO 和 Bi2212 中也观察到了这种情况。低于 1000 Oe 外磁场的信号可解释为超导电子的信号。

2. 总结与展望

为什么 LK-99 在室温和环境压力下具有超导性呢？这是由于 LK-99 结构的独特性，Cu2+ 取代 Pb(2)2+ 离子所产生的应力没有得到缓解，同时还适当地转移到了圆柱的界面上。换句话说，LK-99 圆柱界面中的 Pb(1) 原子占据了结构上有限的空间。这些原子完全受到 Cu2+ 离子产生的应力和应变的影响。因此，在室温和环境压力下，通过适量的变形可在界面中产生 SQW，而不会发生松弛。从这个角度来看，在氧化铜和铁基超导体系中，由于结构的自由性，弛豫过程无法受到限制，因此温度和压力导致的体积收缩应力会得到缓解并消失。因此，它们需要适当的温度或压力来限制结构自由度来产生SQW。LK-99 是研究室温下超导难题的一种非常有用的材料。所有证据和解释都表明，LK-99 是第一个室温和常压超导体。LK-99 在磁铁、电机、电缆、悬浮列车、电力电缆、量子计算机的量子比特、太赫兹天线等各种应用领域都有很多可能性。本研究相信，本研究的结构将是一个崭新的历史事件，将开启人类的新纪元。

另外，该团队在同一天发表的另一篇文章中有该材料的在室温和大气压下的悬浮及机理分析（https://arxiv.org/abs/2307.12037），其摘要如下：

本研究利用固态方法合成了一种名为 LK-99 的材料，它是一种改性铅磷灰石晶体结构，成分为 Pb10-xCux(PO4)6O（0.9

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