揭示实验证据证明LK-99可能具备室温超导特性？众人曲解了实验结果！

热搜大全 2023-08-06

韩国团队最近成功制备出一种被称为LK-99的室温超导材料，在学术界引发了广泛讨论。除了这个团队，世界各地的许多研究组也在努力复制这个实验，并且有多篇理论计算文章在预印本网站上发布。这些论文指出，LK-99的超导性质可能是由铜掺杂引起的，从而导致了从绝缘体到导体的转变。这些理论计算暗示着该物质有可能实现室温超导。然而，对于这些论文所应用的密度泛函计算方法来说，能否证明这种超导现象发生是个否定的问题。密度泛函理论是一种通过计算了解材料电子结构的方法。虽然它在过去的研究中有很好的应用，但对于具有复杂电子行为的物质，如高温超导材料，其准确性还存在争议。在LK-99这样的室温超导材料中，由于电子之间的相互作用非常复杂，密度泛函计算方法可能无法提供足够的精确度，以证明超导现象的发生。因此，虽然理论计算的角度可以给出一些关于韩国团队发现的进一步解释，但实际证明LK-99的室温超导性仍然需要更多的实验验证。这使得LK-99的研究成为当前学术界热议的话题，吸引了众多科学家们的关注。随着进一步实验和研究的进行，我们期待能对此有更深入的了解。

撰文 | 刘淼、芦腾龙（中国科学院物理研究所）

室温超导是物理学圈每年都能 " 首次 " 实现的发现。如果算上 3 月美国罗切斯特大学 Ranga Dias 团队的 Lu-H-N，今年室温超导已经被发现了两次。

LK-99 是否具有室温超导，受到各界热炒，已成为爆点话题。

暂且不说 LK-99 的实验证明。截止目前，数天内，arXiv 上至少贴出了 5 篇相关的密度泛函理论（简称 DFT）计算文章。室温超导计算研究再掀高潮，论文井喷。

5 篇 DFT 论文分别是：

First-principles study on the electronic structure of Pb10-xCux ( PO4 ) 6O ( x=0, 1 )

arXiv:2307.16040 ( 29 Jul 2023 )

Origin of correlated isolated flat bands in copper-substituted lead phosphate apatite

arXiv:2307.16892 ( 31 Jul 2023 )

Electronic structure of the putative room-temperature superconductor Pb9Cu ( PO4 ) 6O

arXiv:2308.00676 ( 1 Aug 2023 )

Pb-apatite framework as a generator of novel flat-band CuO based physics, including possible room temperature superconductivity

arXiv:2308.00698 ( 1 Aug 2023 )

Theoretical insight on the LK-99 material

arXiv:2308.01135 ( 2 Aug 2023 )

5 个月前，Lu-H-N 室温超导被报道，圈内群起而锤之。大家顺藤摸瓜，不久前，甚至扒出了 Dias 团队 2020 年 PRL 论文数据造假的铁证。相比之下，此次 LK-99 事件中，多篇 DFT 论文的观点一致，皆支持 LK-99 中可能存在超导现象。Dias 估计要哭晕了。

5 篇 DFT 计算结果显示，Pb9Cu ( PO4 ) 6O（LK-99 的化学式）材料存在穿过费米面的平坦能带，作者们普遍认为 Cu 的掺杂引起了 " 从绝缘体到导体 " 的转变，进而大胆推断，LK-99 有可能具有超导特性。

例如，美国劳伦斯伯克利国家实验室 Sinead M. Griffin 文中直言："the calculations presented here suggest that Cu substitution on the appropriate ( Pb ( 1 ) ) site displays many key characteristics for high-TC superconductivity"（译文：计算表明 Cu 替换某个 Pb 原子后，体系显示出多项高温超导的关键性质）。

这些分析，虽然听上去语气似是而非，但其中的暗示却不禁让人浮想联翩。

所以是否能通过 DFT 计算，证明 LK-99 的室温超导特性呢？

答案是否定的！

首先，高温超导体的物理机制尚不明确，更无法通过 DFT 求解。人们虽然可以通过计算电声子相互作用，预言常规超导体的超导相变，然而，尚未发展出计算高温超导相变的公认方法。因此，5 篇 DFT 论文，均无法提供 LK-99 高温超导或室温超导体的直接理论支撑。

其次，是否可以将费米面附近的能带解读为超导？显然不能。

导体的能带穿过费米面，超导体是一种导体，所以超导体的能带也穿过费米面，但是把穿过费米面的能带解读为疑似超导是有逻辑错误的。这好比汽车有四个轮子，电动汽车是汽车的一种，于是电动汽车也有四个轮子，因为看到四个轮子的车辆就认为是电动汽车。

最后，费米面附近的平带是怎么来的？是强关联的证据吗？当然也不是。

（1）任何一个掺杂系统，从 DFT 算出来的杂质能级看上去都是比较平的带。但这是杂质能级，不是能带，更不是平带。掺杂浓度越低，" 能带 " 看上去越平。

以黑磷中掺杂 S 或者 Si 为例（图 1），杂质浓度越低，杂质能级的带越平。与 LK-99 论文中的现象一致，所以黑磷中掺 S 或者 Si 会变高温超导吗？

通过计算证明LK-99室温超导？他们都解读错了！