LK-99“室温超导”假象源自Cu2S一级结构相变_风闻

2023年，韩国团队提出LK-99室温超导引发全球热议，多个研究组重复实验后，均未测得超导所具有的零电阻和完全抗磁性。研究显示，LK-99中的类似超导转变源于其杂质Cu2S的结构相变，后者导致电阻率骤降，并在实验中得到复现，充分证明LK-99不是室温超导体。

撰文 | 朱世林（中国科学院物理研究所）、吴伟（中国科学院物理研究所、中国科学院大学物理科学学院）、 李政（中国科学院物理研究所、中国科学院大学物理科学学院）、雒建林（中国科学院物理研究所、中国科学院大学物理科学学院）

来源 | 选自《物理》2024年第2期

1 引言

超导体具有零电阻和完全抗磁性（迈斯纳效应）两个特征，可用于电力传输、超导磁悬浮、核聚变等能源领域。此外，超导是一种宏观量子现象，可以用于量子计算、量子通讯等信息领域。自1911年第一个超导体被发现以来，超导体临界温度 (Tc) 从最初的液氦温区

主要发现者Sukbae Lee和Ji-Hoon Kim的姓氏缩写以及发现时间1999年，将这种材料命名为LK-99。该韩国团队的结论基于LK-99表现出的两种特性：室温下能在磁铁上以倾斜姿态悬浮以及电阻率陡降。室温超导体在电力传输、强磁场和信息等领域都具有巨大的应用潜能，可能引起能源领域的重大变革，甚至引起工业革命[5-8]。因此LK-99的提出不仅受到科研工作者的关注，也吸引了众多社会人士的讨论，并且在社交媒体上被广泛报道。

随后，若干科研团队尝试重复LK-99的实验，有多个LK-99悬浮视频在社交媒体上流传，但没有任何科研团队观测到完全抗磁性和零电阻行为[9-12]。有一些团队在几十微米的样品中观测到半磁悬浮现象，他们认为这可能与超导体中的迈斯纳效应有关，但由于样品过小，无法测量其电阻。而另外一些团队对半悬浮现象给出了理论分析，认为这些现象和超导电性无关。虽然不同研究组制备样品的物性各不相同，但是LK-99中电阻陡降的行为一直未被复现，而对LK-99电阻陡降行为的重复是判断其是否为超导体的关键。

2 数据猜测

韩国团队论文中提及的XRD数据表明LK-99中有Cu2S杂质，因其含量不到10%而被忽视。然而超导探索中很多类似超导转变的行为都是杂质引起，因此对杂质的分析是排除假象的关键一步。根据文献报道，离子导体Cu2S在400 K附近有一个从高温六角相转变为低

3 实验设计

图2 (a)S2样品电阻率随升降温的变化关系，插图为对数坐标下电阻率和温度的对应关系；(b)S2样品相变附近放大图，此图和LK-99在400 K左右的行为基本一致；(c)S1样品电阻率随升降温的变化关系，整体表现出绝缘体行为，说明纯的LK-99应该更绝缘；(d)S1样品相变附近的放大图[16]

磁化率数据也说明这个混合物是一个抗磁性材料[15]。如图3(a)所示，在1 T下磁化率随温度 (MT) 的升降温曲线显示S2在2—400 K都是抗磁行为，且在380 K能看到明显的相变，而且

4 后记

韩国团队合成LK-99的反应中产物不唯一：合成1份铜掺杂铅磷灰石 (纯LK-99) ，会同时产

使其在短时间内得到澄清，这为今后的科研工作提供了很好的范例。去伪才能存真，可以避免在错误的方向上浪费资源和精力，让科学研究保持在重要的方向上。

参考文献

[1] Kazakov S M，Itskevich E S，Bogacheva L N. Jetp. Lett.，1993，58：343

[2] Lee S，Kim J，Im S et al. Journal of the Korean Crystal Growth and Crystal Technology，2023，33：61

[3] Lee S，Kim J H，Kwon Y W. The First Room-Temperature Ambient-Pressure Superconductor. 2023，arXiv：2307.12008

[4] Lee S，Kim J，Kim H T et al. Superconductor Pb10-xCux(PO4)6O Showing Levitation at Room Temperature and Atmospheric Pressure and Mechanism. 2023，arXiv：2307.12037

[5] Bednorz J G，Müller K A. Z. Physik B - Condensed Matter，1986，64：189

[6] Gao L，Xue Y Y，Chen F et al. Phys. Rev. B，1994，50：4260

[7] Drozdov A P，Eremets M I，Troyan I A et al. Nature，2015，525：73

[8] Kong P，Minkov V S，Kuzovnikov M A et al. Nat. Commun.，2021，12：5075

[9] Wu H，Yang L，Xiao B et al. 2023，arXiv：2308.01516

[10] Liu L，Meng Z，Wang X et al. Advanced Functional Materials，2023，33：2308938

[11] Kumar K，Karn N K，Awana V P S. Superconductor Science and Technology，2023，36：10

[12] Hou Q，Wei W，Zhou X et al. Matter，2023，6：4408

[13] Hirahara E. J. Phys. Soc. Jpn.，1951，6：422

[14] Nieroda P，Leszczyński J，Mikuła A et al. Ceramics International，2020，46：25460

[15] Chakrabarti D J，Laughlin D E. Bulletin of Alloy Phase Diagrams，1983，4：254

[16] Zhu S L，Wu W，Li Z et al. Matter，2023，6：4401

[17] Guo K，Li Y，Jia Sh. Science China Physics，Mechanics & Astronomy.，2023，66：107411

[18] Puphal P，Akbar M Y P，Hepting M et al. APL Mater.，2023，11：101128

[19] Timokhin I，Chen C，Wang Z et al. 2023，arxiv：2308.03823

本文经授权转载自微信公众号“中国物理学会期刊网”。

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