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又雙叒導了?中科院等發(fā)布「近室溫常壓」超導新論文,相關(guān)話(huà)題一度知乎熱榜第一

量子位 2024/6/27 15:29:18 責編:清源

又雙叒導了?!

中科院、華科大、北科大、華南理工等機構的“知乎導派”大佬們(網(wǎng)名“真可愛(ài)呆”、“洗芝溪”等)又聯(lián)合發(fā)布了最新研究成果。

消息一出,相關(guān)話(huà)題一度沖上知乎熱榜第一。

洗芝溪,即華南理工大學(xué)姚堯教授,省流版原話(huà)總結是這樣的:

合成了一個(gè)變種磷灰石與銅藍礦的共混物。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(-23.15℃ ~ -13.15℃),銅藍礦亦可能被誘導出另一個(gè) 30K(?243.15℃)左右的低溫超導相。

除此之外,洗老師還強調,這種新樣品除其中的磷灰石結構與去年韓國團隊報道的 LK-99 有類(lèi)似之處以外,從合成工藝、原料、元素成分和配比、結構等多方面都與 LK-99 不同。

基本可以認為是一個(gè)全新研究成果。

論文里都有什么

接下來(lái),大伙兒一起看看論文主要內容。

首先還是來(lái)看大家最關(guān)注的電阻曲線(xiàn)。

實(shí)驗中,研究人員合成了兩個(gè)并行的樣本,分別標記為 S1 和 S2,它們之間唯一的區別是 S2 中的硫摻雜比例略高于 S1。作為對比,還合成了一個(gè)無(wú)鉛樣本,標記為 S3。

下圖是 S1 樣本的結構和元素分布信息,從 XRD 分析可知,樣本是變種磷灰石和銅藍礦(硫化銅)的混合物。在摻硫過(guò)程中,原始磷灰石晶格大幅收縮扭曲,晶格常數降低,因此稱(chēng)這種新化合物為“變種磷灰石”。

(b) 中 EPMA 微觀(guān)定量結果顯示磷和氧逐漸被硫替代。(d)-(h) 所示的 EPMA WDS 映射清楚地顯示了三種化合物:未摻雜的磷灰石(A)、摻硫的變種磷灰石(VA)和銅藍礦(C)。

S1 樣本在八個(gè)溫度下的 IV 曲線(xiàn)如下圖所示,電輸運通過(guò)四探針技術(shù)在 Aglient B2912A 上測量,溫度由 Oxford OptiStatDN 控制。

盡管儀器有非常大的補償電阻導致初始電壓下降,但在電流-電壓(IV)曲線(xiàn)中出現的電壓平臺現象,即隨著(zhù)施加電流的增加樣品上的電壓不變,可以安全地認為是來(lái)自量子輸運,即零電阻效應。

超過(guò)所謂的臨界電流 Ic 后,電壓開(kāi)始上升并迅速增加,然后轉變?yōu)檎=饘贍顟B(tài)下的正常線(xiàn)性 IV 曲線(xiàn),這表明從超導相到正常相的轉變。

從圖 (b)–(g) 可以看出,從 140–240K(-133.15°C ~ -33.15°C)這一典型的超導 IV 曲線(xiàn)被清晰觀(guān)察到,臨界電流基本上隨溫度升高而減少,可以通過(guò)二次函數大致擬合。

基于目前的實(shí)驗,研究人員從結果估計,在 240K(-33.15°C)以下的電阻率至少在 10?8 Ω?m 的數量級甚至更小。作者認為,這表明樣本的電阻率至少與銅相當甚至更小,強烈暗示實(shí)現了零電阻效應。

研究團隊使用 MPMS-3 SQUID 來(lái)檢測直流磁化率。

在 25 Oe 的零場(chǎng)冷卻(ZFC)測量下,磁化率-溫度(MT)曲線(xiàn)在 260K(-13.15°C)以下顯示出顯著(zhù)的抗磁性,而場(chǎng)冷(FC)曲線(xiàn)為順磁性。ZFC 和 FC 之間的分叉出現在 250-260K(-23.15°C ~ -13.15°C),這可以視為臨界溫度 Tc。

S2 樣本的 MT 曲線(xiàn)在 ZFC 下顯示相似特征,但 FC 磁化率也表現為抗磁性。這表明在變種磷灰石中增加硫的摻雜可以增強超導特性。

有趣的是,兩個(gè)樣本在低溫下沒(méi)有出現平臺狀線(xiàn)形,相反,隨著(zhù)溫度的降低,磁化率迅速減小,因此無(wú)法觀(guān)察到邁納斯效應(超導特征之一)。

由此,研究團隊回顧了 S3 樣本 MT 曲線(xiàn),有兩個(gè)階段明顯:第一個(gè)是從 130-230K(-143.15°C ~ -43.15°C),可以將其視為變種磷灰石的近室溫超導相;第二個(gè)是在 30K(-243.15°C)以下,可以認為是主要由銅藍礦引起的低溫超導相。

由于變種磷灰石和銅藍礦兩個(gè)相是相關(guān)的,研究人員懷疑銅藍礦的超導性是由變種磷灰石通過(guò)近鄰效應誘導的。

圖 (d)-(h) 展示了不同溫度下的磁化率-磁場(chǎng)(MH)曲線(xiàn)。在 250K 和 200K,為了更清晰地顯示超導遲滯回線(xiàn),減去了線(xiàn)性抗磁背景。

研究團隊認為,本質(zhì)上,這種明顯的遲滯在其他材料中從未在這么高的溫度和常規條件下觀(guān)察到,可以合理地認為這是近室溫超導的主要特征。

同時(shí)也確定了低臨界和高臨界磁場(chǎng)(Hc1 和 Hc2),它們基本上隨溫度降低而增加。

其他細節方面,研究團隊采用了高壓水熱法來(lái)制備材料。

此前報告的所有樣品都是以燒結(韓國 LK-99 團隊的做法)磷灰石為原料合成的,但燒結過(guò)程無(wú)法保證純度。而在這項新研究中,研究團隊完全使用了高壓水熱方法來(lái)合成樣品,樣品質(zhì)地軟脆但更易提純。

原料包括硝酸銅、硝酸鉛、磷酸銨和硫化鉀。其中有兩個(gè)步驟,第一步是合成原料鉛磷灰石并共摻銅和硫,第二步進(jìn)一步摻硫。最終過(guò)濾和干燥后,樣品應該是純黑色,沒(méi)有可見(jiàn)的金屬光澤。

而這個(gè)黑色非常關(guān)鍵,也是復現難度大的原因。

“實(shí)驗室快變成視覺(jué)實(shí)驗室了”

作者們提到,樣品最終要呈現的黑色至關(guān)重要。

用洗老師的話(huà)說(shuō),真可愛(ài)呆把每一步都寫(xiě)下來(lái)讓師弟幫忙合成,結果就是不行。樣品看著(zhù)都是黑色,但每個(gè)都不同,“他們實(shí)驗室快變成視覺(jué)實(shí)驗室了”。

真可愛(ài)呆更是直言“合成第一步如果顏色不對,樣品可以扔了”。

真可愛(ài)呆還表示:

至于是不是超導,反正我們結合結果看我們認為是,不是的話(huà),告訴我是啥行不?至于測錯了,請告訴我怎么錯的,我們改進(jìn)一下再試試。

總結就是,把嚴謹兩個(gè)字拉滿(mǎn)。

網(wǎng)友吃瓜也很?chē)乐?,不少網(wǎng)友表示先別著(zhù)急開(kāi)香檳,發(fā)了正刊才有可能去驗證。

團隊這邊則表示樣品都開(kāi)放提供,已經(jīng)送出去一些給同行了。

最后還有一個(gè)保留項目,洗老師給這種新型材料想了個(gè)名字“玄魄石”,玄既指黑色,也帶點(diǎn)玄學(xué)的色彩,魄石是硫代磷酸根 POS 的音譯。

可是呆總不同意取這個(gè)名(doge)。

  • 論文鏈接:https://arxiv.org/abs/2406.17525

  • 參考鏈接:https://www.zhihu.com/question/659946224

本文來(lái)自微信公眾號:量子位(ID:QbitAI),作者:西風(fēng)

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