中科院發文，拆穿韓國室溫超導假象

　　7月22日，韓國Sukbae Lee等人在arXiv上傳了兩篇論文，稱發現了“全球首個室溫超導材料”，名為LK-99，論文中給出了LK-99的合成方法，合成門檻很低。文章曝光后引起了大量爭論，因為很多小組在試圖復制時確實觀察到了電阻急劇下降的現象，但是并未降到零。曾有美國科學家懷疑這與其樣本中含有硫化亞銅（Cu2S）雜質有關，近日中國科學院物理研究所在Matter發文，解釋了出現這一現象的原因。

　　2023年7月22日韓國高麗大學Sukbae Lee等人宣稱在Pb10-xCux(PO4)6O (0.9<x<1.1) 中觀測到127℃（400K）溫度下的超導轉變，他們以兩位主要發現者Sukbae Lee和Ji-Hoon Kim的姓氏縮寫以及最初發現的年代1999年，將這種材料命名為LK-99。

　　電阻率下降、磁懸浮現象、復現樣品材料的純度，這三個關鍵問題是很多人爭論的焦點。其中引起電阻率下降的原因基本搞清楚了。

　　中國科學院物理研究所/北京凝聚態物理國家研究中心極端條件實驗室EX1組的研究生朱世林，吳偉、李政副研究員和雒建林研究員對韓國團隊的論文進行仔細分析，發現其制備方法導致LK-99中存在大量Cu2S雜質。Cu2S在400K附近會發生結構相變，從高溫六角相變為低溫下的單斜相，Cu2S的電導以及熱膨脹系數在相變溫度會發生明顯的變化，因此猜測LK-99的超導電阻陡變行為可能是雜質Cu2S導致。

　　他們測量純Cu2S現在400K附近電阻率變化3-4個數量級，與LK-99中所謂的超導行為相似。然而這種結構相變為一級相變，在升降溫測量時能會有遲滯行為，這與二級相變的超導轉變完全不同。

　　圖1 (A) Cu2S正常坐標電阻隨溫度的變化關系 (B) Cu2S對數坐標電阻隨溫度的變化關系

　　為了重復韓國團隊LK-99的實驗，他們又制作了含不同Cu2S雜質的LK-99樣品，樣品S1 (LK-99含5%的Cu2S)和S2 (LK-99含70%的Cu2S)，發現它們的電阻都在所謂的超導轉變處發生變化，其中S2樣品與韓國團隊報道的行為高度相似。

　　圖2 (A)S2正常坐標電阻隨溫度的變化關系，與LK-99電阻幾乎一樣 (B)S2相變附近放大圖

　　(C)S1正常坐標電阻隨溫度的變化關系，(D) S1相變附近放大圖

　　圖3 (A) S2樣品磁化率隨溫度的變化 (B) S2樣品M-H曲線

　　他們在電阻和磁化率測量中都觀測到了遲滯行為后，磁化曲線也是標準的弱抗磁行為。這些都和超導行為完全不同，因此斷定LK-99中觀察到的電阻下降行為起源于Cu2S的一級結構相變，而LK-99并非室溫超導體。

　　這也與德國研究人員的結果相印證：他們合成了一種透明的紫色晶體——LK-99純單晶，去掉了Cu2S雜質。結果顯示，純LK-99非但不是超導體，實際上是一種電阻極高的絕緣體，而且不可能實現磁懸浮。

　　該工作解開LK-99“室溫超導”之謎，發表在最新一期的Matter上，標題為“First order transition in LK-99 containing Cu2S”。相關工作得到了中國科學院、國家自然科學基金委和科技部項目的支持。