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LK99是否为室温超导?解读东南大学“零电阻”预印本

2023年8月3日,共浏览了四篇新预印本。
一篇是合成/实验的(arXiv: 2308.01192),由东南大学团队完成,宣称发现了110K以上LK99材料的零电阻现象,但未观测到迈斯纳效应,所以显然还不足以被称为超导体。这篇预印本不出意料掀起了新一轮室温超导的Hype,因为零电阻。
零电阻 or 假象(artifacts)?
但也有冷静的批评者,比如我之前提到的CMTC(参考阅读:更多团队进场:进击中的LK99室温超导研究)在X.com上评论道:东南大学团队电阻测量数据的呈现是有误导性的:
图片上图右是东南大学预印本中呈现的数据,纵轴是科学计数法标记的,上图左是用线性刻度重新标记的,可见电阻在250K左右突然从中间掉下来了,然后又跳上去了,看着像是线没接好的样子(个人观点),然后我们还可以和下图典型超导材料(Nb和Nb-NiFe合金)比较,发现没有超导体应有的电阻跳变。
甚至,现有数据也不是零电阻,如果估算一下的话,CMTC说LK99电阻率是Cu的100倍(也有人估算和Cu差不多,样品几何尺寸可通过样品在样品托上的照片估算),总之不是零电阻。此外如果真的到0的话,有人评论说电阻测量数值应是有正有负的,目前数据只有正数。CMTC判断东南大学的这个数据只是测量时的假象(artifacts)。
图片没有谁能欺骗自然。
然后,下面有个凝聚态男孩(condensed matter boy)评论说:虽然没有谁能欺骗大自然,但他们能毫不费劲地每天欺骗AI男孩(AI boys)十次。
图片AI男孩每天要被骗十次。
此外,东南大学预印本中不同磁场下的“电阻-温度”曲线也引起了争议,似乎加大磁场,转变温度还变高了啊。东南大学团队的推测是LK99的上临界场很大。关于“为什么没有测量到迈斯纳效应”,他们在预印本中的解释是样品纯度尚待提升,目前样品中超导相占比太小。下一步,如果LK99是超导体的话,实验/合成的关键是提升样品的纯度。
图片有点尴尬,看不出磁场变大对电阻下降的抑制。
小结: 这个预印本短小精悍,整体看像是个实验报告。作者自己也特别澄清,他们的工作还不足以证明LK99是超导体。根据各方批评,很有可能就是实验测试出了问题,应该多重复几次,比如重新接接线,换不同测试方法(比如锁相),用不同电流测等等。但这个“零电阻”也无疑会激励不少人进“坑”。
计算/模拟
多了一篇智利科学家的DFT预印本(arXiv: 2308.01135),它们提到以下四点:
1. 基态时材料的铁磁序和反铁磁序是简并的;
2. 材料是金属(竟然不说是超导~);
3. Cu原子似乎与其他原子没有形成共价键,因此也支持了平带的形成。
4. 平带的电声子耦合特别大。
第4点比较有趣,文章比较简单,点进去看了一眼,貌似没有真的计算电声子耦合及Tc等等(如果要算的话,需要使用:MacMillan方程 PhysRevB.12.905)。
理论
有趣的是今天读到两篇“纯”理论的预印本。第一篇来自UC Irvine,他们预印本的题目是:Minimal model for the flat bands in copper-substituted lead phosphate apatite (arXiv: 2308.01315)
翻译成中文就是:基于平带的铜替代铅磷灰石(LK99)的最小理论
核心议题是:用紧束缚模型,复现了DFT计算的电子能带结果。并讨论了超导的可能性。
最有趣的是第二篇,作者G. Baskaran是凝聚态物理祖师爷安德森提出RVB理论时的合作者。他也贴出了一篇预印本(arXiv: 2308.01307)。
图片Baskaran现在在家乡印度任教。
题目是:Broad Band Mott Localization is all you need for Hot Superconductivity: Atom Mott Insulator Theory for Cu-Pb Apatite
翻译一下:宽带莫特局域化是理解热超导电性的全部:铜-铅磷灰石的原子莫特绝缘体理论
摘要用GPT翻译一下:
假设在平衡状态下,未二聚化的铜链是一个自旋1/2的原子莫特绝缘体(AMI),尽管其带宽较高约为10电子伏特。这种RVB(共振价键)库具有较大的交换耦合J,约为2电子伏特。我们在早期的研究中使用了“宽带莫特局域化”的概念,包括预测掺杂石墨烯、硅烯中的高临界温度超导,以及报告的Ag-Au纳米结构中的热超导理论(TP 2008)。在本研究中,我们在铜铅磷灰石中识别了可能的随机AMI子系统,并为新闻中的热超导现象(韩国人的室温超导工作)开发了一个模型。在磷灰石结构中,沿着c轴和ab平面运行着一系列间隙柱状空间。它们容纳了过量的铜,形成中性铜原子团簇、链和平面片段。它们就是我们新发现的原子莫特绝缘体(AMI)。通过掺杂的莫特绝缘体从AMI向绝缘宿主的电子转移物理过程,产生了强烈的局域超导关联。掺杂AMI之间的约瑟夫逊耦合建立了热超导现象。现实材料中超导序的一个主要挑战是与绝缘相的竞争:价键固体(自旋派尔斯)-晶格畸变等。AMI理论指出了使这种难以捉摸的超导现象变得可行的方法。我们建议通过金属原子的加入,在矿物和绝缘体的丰富世界中探索热超导现象。
这里原子莫特绝缘体(arXiv:1906.02143)是核心概念,它是Baskaran自己研发的小众超导理论,看样子是旧酒装新瓶了(Respect)。
小结:
对确定LK99是否为室温超导来说,合成/实验最重要,计算/模拟其次,并已经很不重要,最不重要的就是纯理论/解析工作,不过实验现象一旦确立,纯理论/解析工作对我们理解超导还是很重要的。这个是后话,所以最后三篇预印本我就都没有看了。
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00:39
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