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“室溫超導”片尾曲:我國科學(xué)家成功合成變種磷灰石與銅藍礦的共混物并引發(fā)超導相

2024/6/26 17:01:16 來(lái)源:IT之家 作者:問(wèn)舟 責編:問(wèn)舟
感謝IT之家網(wǎng)友 夏娜粉、蘭花是我 的線(xiàn)索投遞!

IT之家 6 月 26 日消息,真可愛(ài)呆、洗芝溪團隊合成了一個(gè)變種磷灰石與銅藍礦的共混物,在近室溫和低溫下分別引發(fā)了兩種超導相(IT之家注:明確提到“超導相”而非之前的“疑似超導相”),相關(guān)成果已于昨日發(fā)表在 arXiv 上。

這項成果是在去年鬧得沸沸揚揚的韓國 LK99“室溫超導”材料基礎上進(jìn)行的研究,通過(guò)在磷灰石框架中大量摻雜硫,合成了一種主要由變種磷灰石和黃銅礦(硫化銅)組成的新混合物。

其中,變種磷灰石成分顯示出近室溫超導電性(轉變溫度約在 250-260K),銅藍礦亦可能被誘導出另一個(gè) 30K 左右的低溫超導相。

他們觀(guān)察到在約 260 K 時(shí)出現顯著(zhù)的抗磁性,并在 30 K 以下急劇下降,表明存在兩種超導相共存的現象。上臨界磁場(chǎng)在 250 K 時(shí)大于 1000 Oe。此外,電測量顯示電流-電壓曲線(xiàn)偏離正常的線(xiàn)性關(guān)系,表明存在零電阻效應,臨界電流在 140 K 時(shí)約為 50 μA.

這項研究表明,這些材料在接近室溫和低溫下都可能表現出超導性,這對未來(lái)超導材料的研究和應用具有重要意義。

對此,洗芝溪教授解釋稱(chēng),這一年內發(fā)表的三篇論文代表了團隊的三個(gè)里程碑:第一次研究依然沿用韓國人的基本工藝,第二次在原工藝基礎上引入了水法泡硫,而最新這一篇直接拋棄了火法路線(xiàn),從原料磷灰石開(kāi)始就采用全程水法。

我們現在所報道的樣品,除了里面存在的磷灰石結構是與去年韓國團隊報道的 LK-99 有類(lèi)似之處以外,基本可以認為是一個(gè)全新的研究成果。

  • 一是合成工藝。與韓國的高溫燒結完全不同,我們從原料開(kāi)始采用的都是水熱法合成,沒(méi)有經(jīng)過(guò)高溫燒結,樣品質(zhì)地軟脆,但更易提純。

  • 二是原料。我們沒(méi)有像韓國人那樣采用黃鉛礦和磷化亞銅,而是用的硝酸鹽、磷酸鹽和硫化物等作為原料。韓國人的方法中經(jīng)歷了接近熔點(diǎn)的高溫,所以磷、硫等元素都有變價(jià),會(huì )形成十分復雜的混合物,很難保證導電性不是來(lái)自磷化亞銅和硫化亞銅。而我們的水法過(guò)程溫度低、沒(méi)有強氧化還原性,這些酸根基本不會(huì )變價(jià),更不會(huì )出現金屬銅或亞銅的情況。

  • 三是元素成分和配比。韓國人最初 LK-99 的投料比是 9 鉛 1 銅的磷灰石。而我們現在的配比是 9 銅 1 鉛,主要成分是銅,引入少量的鉛只是為了讓結構更加穩定。正如文中介紹,無(wú)鉛配方同樣能形成超導,但結構很不穩定、重復性很差,所以我們沒(méi)有作為主力樣品報道。

  • 四是結構。我們目前的樣品中殘留有少量未被硫摻雜取代的原料磷灰石,它與 LK-99 的主成分類(lèi)似,但我們認為它不具備有效活性。真正具有活性的是硫取代后的變種磷灰石,及其周?chē)迂S富的銅藍礦。我們認為,變種磷灰石與銅藍礦互為共生關(guān)系,前者具有較大晶格畸變,晶格常數很小,無(wú)法單獨穩定存在。銅藍礦相當于給磷灰石加了個(gè)壓。

由此猜測,韓國人最初的確看到了所謂“超導的幽靈”,因為在他們那個(gè)大雜燴的合成中,難以避免里頭會(huì )反應出微量的硫代銅磷灰石結構,所以能看到一些微弱的疑似信號,并給了我們最初的啟示。

但他們那個(gè)合成,并不漂亮。

值得一提的是,洗芝溪教授還提到,真可愛(ài)呆要直播測試這種材料的超導磁場(chǎng)效應,大家可以期待一下。

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