昨日，Nature发文：《LK-99不是室温超导体——科学侦探如何解开这个谜团》。

　　作者Dan Garisto是一位有物理学学位的科学作家，曾就职于费米实验室。

　　8月16日，中科院物理所，对来自三个不同课题组的LK-99样品进行了更细致的研究，认为三个独立样品体现出的电磁特性都是来源于其中的硫化亚铜，否认了LK-99的室温超导性。

　　在16日的最新文章中，Dan Garisto总结了最近连续十几天的室温超导反转事件，将各大机构的研究结果拼凑在一起，揭示了为什么LK-99会显示出类似超导行为的谜团。

　　科学侦探们发现了LK-99不是超导体的证据——导致样品电阻率急剧下降和磁铁部分悬浮的原因，是由于材料中的杂质，尤其是硫化亚铜。

　　加州大学戴维斯分校的凝聚态实验家Inna Vishik说，「我认为，这件事已经划上句号，可以到此为止了。」

　　LK-99风波始于7月下旬，首尔初创公司量子能源研究中心的Sukbae Lee和Ji-Hoon Kim领导的团队，在arXiv上发表了两篇预印本论文，声称LK-99在温度高于127ºC（400K）的常压环境下是超导体，瞬间吸引了全世界的目光。

　　两篇论文引爆了全世界的学术机构、乃至业余爱好者的复现实验狂潮，从8月份开始，每天都有各种复现实验和论文络绎不绝地产出。

　　在8月2日，华科团队成功复现了样品的磁悬浮现象。8月3日，东南大学团队成功测到了LK-99的零电阻现象。这些复现实验一度把公众和学界的兴奋值拉到最高。

　　遗憾的是，如今全球各机构经过多次复现实验，已经有不少下了定论：LK-99不是室温超导体。

　　韩国团队认为LK-99是超导体的两个基本依据：悬浮在磁铁上方和电阻率突然下降这两个现象，都被北京大学和中国科学院（CAS）的两个相互独立团队的研究成果，用其他的原因做了令人信服的解释。

　　美国普林斯顿大学和德国马普所的一项研究结合了实验和理论证据，证明了LK-99的结构为啥不可能是超导体。

　　德国马普所实验人员合成并研究了LK-99的纯样品，消除了之前有几率存在的对材料结构的怀疑，并确认LK-99不是超导体，而是绝缘体。

　　而这段时间唯一进一步支持LK-99可能是室温超导体的证据是来源于韩国团队分享的另一个视频。

　　而名为Derrick van Gennep的哈佛大学的前凝聚态研究员，对LK-99很感兴趣，他制作了一个和韩国团展示的LK-99样品相似的视频。

　　和LK-99的视频一样，这块样品边缘好像粘在了磁铁上，并且看起来微妙地平衡。

　　因此，他用粘有铁屑的压缩石墨屑制成颗粒制作出了这个样品，并且模仿制作了LK-99的悬浮视频。

　　8月7日，北京大学团队的研究结果也认为，他们的LK-99的样品产生悬浮是由于铁磁性。

　　他们在论文中称，样品中的颗粒因为铁磁性承受着提升力，但不足以悬浮，所以只能在一端保持平衡。

　　Li和他的同事测量了样品的电阻率，未曾发现超导性的迹象。但他们没办法解释韩国团队看到的电阻率急剧下降。

　　在韩国团队提交的预印本中，显示了LK-99的一个明显的电阻跳变：在104.8℃时，电阻率从0.02欧姆/厘米下降到0.002欧姆/厘米。

　　但合成LK-99的反应配方不平，这导致纯净的LK-99即每1份掺铜磷酸铅晶体，都伴生了17份铜和5份硫。

　　这些剩余物变成了LK-99中的杂质，尤其是铜硫化合物在其中占有很大的比重。

　　在这个温度以下，暴露在空气中的Cu2S的电阻率急剧下降，这一点几乎与LK-99所谓的超导相变的信号相同。

　　在研读了韩国团队的论文后，Jain表示，「我几乎不敢相信，他们竟然错过了对Cu2S的分析。」

　　8月9日，Jain在arXiv上发表了一篇关于这一重要混淆效应的预印本论文。

　　论文在结论中声明，要明确验证LK-99的超导性，必须是在LK-99没有一点Cu2S的条件下。

　　无独有偶，在Jain论文发表的前一天，中国科学院物理所也证实了Cu2S杂质对LK-99的影响。

　　研究团队认为，LK-99中的「超导」行为很可能是由于Cu2S在385K时，从高温β相到低温相的一阶结构γ相变引起的电阻率降低。

　　研究团队合成了不同含量Cu2S的LK-99样本，第一个样本在线S含量。样本第二个在空气中加热，有70%的Cu2S含量。

　　含5%Cu2S的样本电阻率在冷却时相对平稳地增加，看起来与其他复制尝试的样本相似。

　　但含70%Cu2S的样本的电阻率在112℃附近急剧下降（385K），与韩国团队的观察非常接近。

　　但研究团队也表示，对LK-99的特性做出确凿的结论很困难，因为这样一种材料中的杂质很多，而不同批次合成的样本都有所不同。

　　但研究团队也认为，如果能合成与韩国团队原始样品足够接近的样品就可以检验LK-99是否在常温环境下是一个超导体。

　　随着对电阻率下降和半悬浮的其他非超导的有力解释，LK-99不是室温超导体似乎慢慢的变成为主流观点。

　　由于对LK-99进行分离和提纯十分困难，每次合成的样品又有很大差异，所以最初科学家试图用一种被称为密度泛函理论（DFT）的方法来预测LK-99的结构。

　　在这个理论的指导下，预测中的LK-99的结构显示出了有趣的电子特征，即称为「扁平带」（flat bands）。

　　「扁平带」是指电子移动缓慢且可能强相关的区域。在某些情况下，「扁平带」的电子特征会导致超导性。

　　为了更好地理解这样一种材料，美国-欧洲团队对他们的样本做了单晶X射线衍射（SXRD）成像，以计算LK-99的结构。

　　成像使研究团队可以有效的进行严格的计算，阐明了扁平带的情况：它们并不利于超导性。

　　相反，LK-99中的扁平带来自于强烈局部化的电子，它们不能像超导体所需的那样「跃迁」。

　　但仍有一部分认为LK-99是室温超导的支持者，他们都以为否定LK-99的研究都没有合成纯度达标的LK-99，这是此前实验失败的原因。

　　但在8月14日，德国斯图加特的马克斯普朗克固态研究所的一个独立团队报告合成了LK-99的纯单晶。

　　与之前依赖坩埚的合成方法不同，研究团队采用了一种称为浮动区域晶体生长（floating zone crystal growth ）的技术。

　　他们避免了硫在合成LK-99的过程中被引入反应中的情况，从而消除了Cu2S杂质。

　　但研究结果为，分离了杂质后LK-99也不是超导体，而是一种电阻达到数百万欧姆的绝缘体。

　　同时，纯LK-99虽然显示出轻微的铁磁性和抗磁性，但完全没法展现出悬浮效应。

　　这也证实了在LK-99反映出来的超导性基本上来源于Cu2S杂质，但在LK-99的纯净晶体中不存在这种杂质。

　　领导这项研究的马克斯普朗克物理所科学家Pascal Puphal表示：「这个事件解释了单晶体单晶体的重要性，当我们拥有单晶体时，就可以清楚地研究一个系统的内在特性。」

　　普林斯顿大学的固态化学家Leslie Schoop认为，科学家们需要从不成熟的计算结果中吸取教训。

　　她说到：「在LK-99风波之前，我就认为要严谨地使用DFT。现在，我为下一个暑期项目已经准备好了一个非常精彩的案例。」

　　Jain则指出了以前研究中数据的重要性，如北大论文中指出硫化亚铜是电阻跳变原因是否认LK-99超导的关键，而硫化亚铜电阻率的测量结果早在1951年就发表了。

　　虽然一些评论家将LK-99的事件视为科学研究中可重复性的模范，但也有人说，这是一个高调难题不寻常快速解决的例子。

　　一位科学家说：「这种事情在以前往往很难被证伪，因为大部分类似的材料都很难被复制出来。」

　　例如，氧化铜超导体在1986年被发现后，研究人员就开始探索这样一种材料的性质。

　　本文转载自“新智元”，原标题《Nature发文：LK-99不是超导体》。

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