又双叒导了？中科院等发布「近室温常压」超导新论文，相关话题一度知乎热榜第一

西风 2024-06-27 12:52:01 来源：量子位

西风 发自 凹非寺

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又双叒导了？！

中科院、华科大、北科大、华南理工等机构的“知乎导派”大佬们（网名“真可爱呆”、“洗芝溪”等）又联合发布了最新研究成果。

消息一出，相关话题一度冲上知乎热榜第一。

洗芝溪，即华南理工大学姚尧教授，省流版原话总结是酱婶儿的：

合成了一个变种磷灰石与铜蓝矿的共混物。其中，变种磷灰石成分显示出近室温超导电性，转变温度约在250-260K（-23.15℃ ~ -13.15℃），铜蓝矿亦可能被诱导出另一个30K（−243.15∘C）左右的低温超导相。

除此之外，洗老师还强调，这种新样品除其中的磷灰石结构与去年韩国团队报道的LK-99有类似之处以外，从合成工艺、原料、元素成分和配比、结构等多方面都与LK-99不同。

基本可以认为是一个全新研究成果。

论文里都有什么

接下来，大伙儿一起看看论文主要内容。

首先还是来看大家最关注的电阻曲线。

实验中，研究人员合成了两个并行的样本，分别标记为S1和S2，它们之间唯一的区别是S2中的硫掺杂比例略高于S1。作为对比，还合成了一个无铅样本，标记为S3。

下图是S1样本的结构和元素分布信息，从XRD分析可知，样本是变种磷灰石和铜蓝矿（硫化铜）的混合物。在掺硫过程中，原始磷灰石晶格大幅收缩扭曲，晶格常数降低，因此称这种新化合物为“变种磷灰石”。

(b)中EPMA微观定量结果显示磷和氧逐渐被硫替代。(d)-(h)所示的EPMA WDS映射清楚地显示了三种化合物：未掺杂的磷灰石（A）、掺硫的变种磷灰石（VA）和铜蓝矿（C）。

S1样本在八个温度下的IV曲线如下图所示，电输运通过四探针技术在Aglient B2912A上测量，温度由Oxford OptiStatDN控制。

尽管仪器有非常大的补偿电阻导致初始电压下降，但在电流-电压（IV）曲线中出现的电压平台现象，即随着施加电流的增加样品上的电压不变，可以安全地认为是来自量子输运，即零电阻效应。

超过所谓的临界电流Ic后，电压开始上升并迅速增加，然后转变为正常金属状态下的正常线性IV曲线，这表明从超导相到正常相的转变。

从图(b)–(g)可以看出，从140–240K（-133.15°C ~ -33.15°C）这一典型的超导IV曲线被清晰观察到，临界电流基本上随温度升高而减少，可以通过二次函数大致拟合。

基于目前的实验，研究人员从结果估计，在240K（-33.15°C）以下的电阻率至少在10−8 Ω·m的数量级甚至更小。作者认为，这表明样本的电阻率至少与铜相当甚至更小，强烈暗示实现了零电阻效应。

研究团队使用MPMS-3 SQUID来检测直流磁化率。

在25 Oe的零场冷却（ZFC）测量下，磁化率-温度（MT）曲线在260K（-13.15°C）以下显示出显著的抗磁性，而场冷（FC）曲线为顺磁性。ZFC和FC之间的分叉出现在250-260K（-23.15°C ~ -13.15°C），这可以视为临界温度Tc。

S2样本的MT曲线在ZFC下显示相似特征，但FC磁化率也表现为抗磁性。这表明在变种磷灰石中增加硫的掺杂可以增强超导特性。

有趣的是，两个样本在低温下没有出现平台状线形，相反，随着温度的降低，磁化率迅速减小，因此无法观察到迈纳斯效应（超导特征之一）。

由此，研究团队回顾了S3样本MT曲线，有两个阶段明显：第一个是从130-230K（-143.15°C ~ -43.15°C），可以将其视为变种磷灰石的近室温超导相；第二个是在30K（-243.15°C）以下，可以认为是主要由铜蓝矿引起的的低温超导相。

由于变种磷灰石和铜蓝矿两个相是相关的，研究人员怀疑铜蓝矿的超导性是由变种磷灰石通过近邻效应诱导的。

图(d)-(h)展示了不同温度下的磁化率-磁场（MH）曲线。在250K和200K，为了更清晰地显示超导迟滞回线，减去了线性抗磁背景。

研究团队认为，本质上，这种明显的迟滞在其他材料中从未在这么高的温度和常规条件下观察到，可以合理地认为这是近室温超导的主要特征。

同时也确定了低临界和高临界磁场（Hc1和Hc2），它们基本上随温度降低而增加。

其他细节方面，研究团队采用了高压水热法来制备材料。

此前报告的所有样品都是以烧结（韩国LK-99团队的做法）磷灰石为原料合成的，但烧结过程无法保证纯度。而在这项新研究中，研究团队完全使用了高压水热方法来合成样品，样品质地软脆但更易提纯。

原料包括硝酸铜、硝酸铅、磷酸铵和硫化钾。其中有两个步骤，第一步是合成原料铅磷灰石并共掺铜和硫，第二步进一步掺硫。最终过滤和干燥后，样品应该是纯黑色，没有可见的金属光泽。

而这个黑色非常关键，也是复现难度大的原因。

“实验室快变成视觉实验室了”

作者们提到，样品最终要呈现的黑色至关重要。

用洗老师的话说，真可爱呆把每一步都写下来让师弟帮忙合成，结果就是不行。样品看着都是黑色，但每个都不同，“他们实验室快变成视觉实验室了”。

真可爱呆更是直言“合成第一步如果颜色不对，样品可以扔了”。

真可爱呆还表示：

至于是不是超导，反正我们结合结果看我们认为是，不是的话，告诉我是啥行不？至于测错了，请告诉我怎么错的，我们改进一下再试试。

总结就是，把严谨两个字拉满。

网友吃瓜也很严谨，不少网友表示先别着急开香槟，发了正刊才有可能去验证。

团队这边则表示样品都开放提供，已经送出去一些给同行了。

最后还有一个保留项目，洗老师给这种新型材料想了个名字“玄魄石”，玄既指黑色，也带点玄学的色彩，魄石是硫代磷酸根POS的音译。

可是呆总不同意取这个名（doge）。

论文链接：https://arxiv.org/abs/2406.17525
参考链接：https://www.zhihu.com/question/659946224