中科院发文：起底韩国室温超导假象

7 月 22 日，韩国 Sukbae Lee 等人在 arXiv 上传了两篇论文，称发现了 " 全球首个室温超导材料 "，名为 LK-99，论文中给出了 LK-99 的合成方法，合成门槛很低。文章曝光后引起了大量争论，因为很多小组在试图复制时确实观察到了电阻急剧下降的现象，但是并未降到零。曾有美国科学家怀疑这与其样本中含有硫化亚铜（Cu2S）杂质有关，近日中国科学院物理研究所在 Matter 发文，解释了出现这一现象的原因。

本文来自微信公众号：知社学术圈 （ID：zhishexueshuquan），作者：知社，原文标题：《中科院发文起底韩国室温超导假象：杂质太多，且只是一级相变》，题图来自：视觉中国

2023 年 7 月 22 日韩国高丽大学 Sukbae Lee 等人宣称在 Pb10-xCux ( PO4 ) 6O ( 0.9<x<1.1 ) 中观测到 127 ℃（400K）温度下的超导转变，他们以两位主要发现者 Sukbae Lee 和 Ji-Hoon Kim 的姓氏缩写以及最初发现的年代 1999 年，将这种材料命名为 LK-99。

电阻率下降、磁悬浮现象、复现样品材料的纯度，这三个关键问题是很多人争论的焦点。其中引起电阻率下降的原因基本搞清楚了。

中国科学院物理研究所 / 北京凝聚态物理国家研究中心极端条件实验室 EX1 组的研究生朱世林，吴伟、李政副研究员和雒建林研究员对韩国团队的论文进行仔细分析，发现其制备方法导致 LK-99 中存在大量 Cu2S 杂质。Cu2S 在 400K 附近会发生结构相变，从高温六角相变为低温下的单斜相，Cu2S 的电导以及热膨胀系数在相变温度会发生明显的变化，因此猜测 LK-99 的超导电阻陡变行为可能是杂质 Cu2S 导致。

他们测量纯 Cu2S 现在 400K 附近电阻率变化 3-4 个数量级，与 LK-99 中所谓的超导行为相似。然而这种结构相变为一级相变，在升降温测量时能会有迟滞行为，这与二级相变的超导转变完全不同。

图 1 ( A ) Cu2S 正常坐标电阻随温度的变化关系 ( B ) Cu2S 对数坐标电阻随温度的变化关系

为了重复韩国团队 LK-99 的实验，他们又制作了含不同 Cu2S 杂质的 LK-99 样品，样品 S1（LK-99 含 5% 的 Cu2S）和 S2（LK-99 含 70% 的 Cu2S），发现它们的电阻都在所谓的超导转变处发生变化，其中 S2 样品与韩国团队报道的行为高度相似。

图 2 ( A ) S2 正常坐标电阻随温度的变化关系，与 LK-99 电阻几乎一样 ( B ) S2 相变附近放大图 ( C ) S1 正常坐标电阻随温度的变化关系， ( D ) S1 相变附近放大图

图 3 ( A ) S2 样品磁化率随温度的变化 ( B ) S2 样品 M-H 曲线

他们在电阻和磁化率测量中都观测到了迟滞行为后，磁化曲线也是标准的弱抗磁行为。这些都和超导行为完全不同，因此断定 LK-99 中观察到的电阻下降行为起源于 Cu2S 的一级结构相变，而 LK-99 并非室温超导体。

这也与德国研究人员的结果相印证：他们合成了一种透明的紫色晶体—— LK-99 纯单晶，去掉了 Cu2S 杂质。结果显示，纯 LK-99 非但不是超导体，实际上是一种电阻极高的绝缘体，而且不可能实现磁悬浮。

德国研究团队合成的 LK-99 纯晶体。图源：Nature

该工作解开 LK-99" 室温超导 " 之谜，发表在最新一期的 Matter 上，标题为 "First order transition in LK-99 containing Cu2S"。相关工作得到了中国科学院、国家自然科学基金委和科技部项目的支持。