光子盒研究院
昨天，华中科技大学材料学院博士后武浩、博士生杨丽，在常海欣教授的指导下，成功首次验证合成了可以磁悬浮的LK-99晶体。通过这个视频我们可以看到LK-99是具有抗磁性的，“说明韩国论文真没有说谎”。不过，成功复现磁悬浮只能证明LK-99具有抗磁性——即与磁铁之间存在排斥力，并不能证明它具有韩国团队宣称的常温超导特征。所谓完全抗磁性，只是超导体的必要条件，而非充分条件。当然，受到样品纯度、观察方式等因素影响，暂时也不能下定结论认为LK-99不具备完全抗磁性：想要验证LK-99是否为室温超导体，最关键的还是测量样品是否表现出零电阻特性。可惜的是，受到样品条件限制，复现磁悬浮的样品还无法用于测量电阻。华科实验室也表示自己已经在制备新一批样品，希望能进一步测量出LK-99的电阻特性。不只是华科团队，知乎答主“半导体与物理”也在8月初成功复现了LK-99样品的磁悬浮。他在20:19发表的视频与华科大的结果类似，样品尺寸非常小，在下方放置磁铁，样品的一端也出现了抬升。
实验复现了样品的磁悬浮现象，展示出了“抗磁、半悬浮”的特性。
自韩国团队在arXiv公布论文宣称发现常压室温超导体LK-99后，全世界似乎都掀起了制备材料、复现实验的热潮。
距离26日韩国团队论文出现才短短几天，就已经有数个轰动性事件曝出。
此刻，或许我们真的站在前所未有的奇点面前。
在此之前，已经有印度国家物理实验室、北京航空航天大学和中科院沈阳材料科学国家实验室的研究人员先后在arXiv上公布论文，宣称成功制备了LK-99材料，并提供了X射线衍射仪的分析结果来证明这一点，但他们都没有观察到样品有磁悬浮和电阻为零的现象。
印度团队在arXiv上发表的论文，并表示“目前，我们在 925∘C合成的 LK-99 样品上获得的结果还不能证明其在室温下具有体超导性。不过，对不同热处理的进一步研究仍在进行中。”
北航团队发表在arXiv上的论文，表示“室温下，将压制好在的 Pb10-xCux(PO4)6O 小球置于商用 Nd2Fe14B 磁铁顶部时，不会产生斥力，也没有观察到磁悬浮现象。这些结果表明，改性磷灰石中存在室温超导体的说法可能需要更仔细地重新研究，特别是在电传输特性方面。”
中国科学院团队发表的论文，团队发现，在所考虑的掺杂元素（镍、铜、锌、银和金）中，镍和锌的掺杂都会导致间隙打开，而金所表现出的掺杂效应更类似于铜而不是银。并表示，“我们的工作为今后研究 LK-99 独特电子结构在超导中的作用奠定了基础。”
几乎在同一时间（7月31日17:58），美国国家实验室的研究人员提交了一篇arXiv论文，理论研究结果表明，可以确认LK-99具备高温超导体费米能级平坦带特征。劳伦斯伯克利国家实验室的研究员Sinéad Griffin利用美国能源部的算力对改性铅磷灰石进行了密度泛函理论计算，发现其中存在一种能跨越费米能级的平坦带，这种结构在已知的许多高温超导体中也存在，因此，LK-99可能存在超导性。
费米水平附近较小能量范围内的自旋偏振电子能带结构计算结果，显示孤立的双能带 Cu-d 流形。费米级设置为 0 eV，并用虚线标出。随着这项实验的热度逐步升高，有网友整理出了一份全球范围内的“竞赛名单”。
或许，在全世界研究者的成果汇总努力下，我们将合力验证这次人类究竟能不能摘下室温超导圣杯、进入全新的纪元。
如今，关于室温超导的相关研究已经变成了一个瞬息万变的过程。
上周发表的预印本提出了一种在常压下温度远高于室温的超导材料（被称为 LK-99）的非凡主张。这是材料科学和凝聚态物理领域最炙手可热的目标之一，而在此之前，这种材料只出现在（无数）科幻小说中。
8月1日，学术期刊Science也连夜发表评述表示，“非同寻常的说法需要非同寻常的证明，而这样的事情通常会因为难以复制而失败。不过，LK-99 的实验制备过程一点也不复杂，也没有使用任何特别奇特的材料或设备，因此预计许多实验室会立即尝试复制它。当然，问题总是复杂的：即使是原作者也说过，他们的样品是多晶和异质的，而且也不指望报告中的制备方法是最优化的。(作者是否有更好的制备方法尚未发表，这还是个未知数！）。这意味着复制过程可能不会一帆风顺，但也意味着会有很多人去尝试，从而增加了成功的几率，即使存在我们尚未意识到的变数。我认为，即使是我们了解的变量（起始材料的纯度、氧气的存在、颗粒大小、加热和冷却速度、容器的大小/形状）也足以产生很大的变数。”
“另一个复杂因素是预印本作者之间明显的内讧。这两份手稿出现的时间很近，一份有三位作者，一份有六位作者。据我所知（可能有变动！），有报道称，三位作者的预印本可能会被撤回，据说是因为其中一位作者在提交预印本时没有征求其他几位作者的意见，而六位作者的预印本目前正在准备投稿给同行评审期刊（预印本本身已经过修改）。我们可能还需要一段时间才能了解幕后到底发生了什么。”原文还科学、客观地评论了华中科技大学的复制视频。并表示，“至少，有一段视频显示，由于迈斯纳效应，LK-99样品悬浮在磁铁上方，而且相对于磁铁本身有不同的方向。这一点很重要，因为顺磁性材料（仅仅是！）可以在足够强的磁场中悬浮，但它们可以像罗盘针一样回到特定的方向。”“超导体是‘完美的二磁体’，可以排除所有磁场，这是一个很大的区别。大家经常听到的‘迈斯纳效应’，是指当一种材料在适当的温度下首次变成超导体时，会释放出当时穿透它的任何磁场。综上所述，我们不得不根据制作/发布视频的人的说法来看待这段视频，而且还有其他可能的解释不涉及室温超导。如果这是一个真正的复制，我会非常高兴。”“尽管我通常更喜欢实验结果而不是理论，但我对另外两篇新的预发表论文非常感兴趣。一篇来自沈阳材料科学国家实验室的一个团队，另一篇来自劳伦斯伯克利大学的Sinéad Griffin。这两篇论文都以报告的 LK-99 X 射线结构数据为起点，通过密度泛函理论（DFT）计算研究其预测行为。他们得出了非常相似的结论：它可以工作。这一点相当重要，因为这可能意味着我们不需要假定全新的物理学来解释像 LK-99 这样的东西。”“Griffin的论文直接指出，模拟结果适用于将铜原子置换到磷灰石铅结构中的铅(1)位置，正如最初的预印本所报告的那样，但她的计算表明，置换到另一个位置，即铅(2)位置似乎在能量上更有利；这表明要在铅(1)位置上稳健地获得铜置换可能存在困难。因此，这将是重现 LK-99 的一个变异性来源，或者至少是获得特别干净的大块样品的一个变异性来源。”“与此同时，沈阳小组也得出了非常相似的结论（他们和Griffin使用的是相同的 DFT 软件包）。起始的磷灰石铅是一种非常好的绝缘体，但铜原子加入后的结构变化既与韩国预印本中的实验数据相吻合，又导致了向金属态的巨大转变。他们发现在费米水平附近有一个半填充的扁平带和一个全占据的扁平带，并一致认为这些对于研究报告中的超导现象至关重要。他们还预测，将金原子替换到铅（1）位点可能会产生一种具有非常相似性质的材料，这将是一个非常有趣的想法，值得进行试验。"
沈阳小组的实验图示。LK-99在费米能级附近的能带结构具有半填充平坦带和全占据平坦带的特征。这两个平坦带既来自1/4占据的氧原子的2p轨道，也来自Cu的3d轨道与其最近相邻氧原子的2p轨道的杂化。
“不过，他们没有深入探讨 Pb(2) 位点上可能存在的低能替代，但上述关于脆弱电子特性的警告也可能解释了该材料行为的一些变化（尽管这必须与最初关于超导性超过沸水温度的报告相平衡！）。”这也凸显了大家在阅读原始预印本时想到的一点：如果能培育出一个很好的 LK-99 单晶体，超导现象似乎可能只沿着一条晶轴发生：简单地说，如果把导线钩在晶体的两个特定的相对面上，就会看到超导现象，而钩在其他面上则不会看到超导现象！众所周知，晶体晶界是影响现有超导材料效率的一个重要因素，这意味着 LK-99 的多晶样品将非常不利于展示强大的效果。文章的最后，作者也表示将持谨慎乐观的态度。“沈阳和劳伦斯-伯克利的计算结果是非常积极的进展，使这一问题完全脱离了冷核聚变‘我们无法解释’的范畴。我等待着更多的复制数据，而不仅仅是社交媒体视频的支持。”“这是迄今为止世界上最可信的室温-压力超导现象，未来几天和几周将会非常有趣。”
超导现象最早于1911年由荷兰莱顿大学的H.K. Onnes研究团队发现——金属汞在4.2 K以下电阻突然消失为零，Onnes将其命名为“超导”，寓意“超级导电”。随后的百余年时间里，各类超导材料不断被发现，目前已知的超导材料有成千上万种，覆盖单质金属、合金、金属间化合物、过渡金属硫族化物/磷族化物甚至有机化合物等。超导体（如图所示的铜酸盐材料）可以驱逐磁场，使磁铁漂浮在其上方。超导材料因其绝对零电阻和完美的抗磁特性等特殊物理性质，几乎在所有电和磁相关的领域都有巨大的应用价值。
在过去的十年里，高压压缩技术主导了对高温超导性的探索。引领潮流的是以氢为主的合金的“化学预压缩”，证明了稀土氢化物LaH10和YH9在兆帕压力下接近水的冰点的关键超导转变温度（Tc）。
各类超导体发现的年代和临界温度，插图为典型的材料结构。来自：《中国科学》
经过37年的研究，铜氧化物、镍氧化物超导体是目前已知的超导转变温度突破液氮温区的非常规超导材料。
与高温超导不同，室温超导之所以重要，是因为它有可能彻底改变科学技术的多个方面。室温超导体最显著的优势之一是其前所未有的能源效率。传统的超导体需要在极低的温度下才能发挥作用，这使得它们的实际应用受到限制，而且能源密集。然而，使用室温超导体后，输配电系统的电阻几乎为零，因此能源损耗极小。此外，室温超导技术的出现还能为交通运输领域的突破性进步铺平道路，例如，高速列车可以在不使用大量能源的情况下行驶。此外，超导材料还可用于储能设备，为电网级储能和便携式电子产品提供高效、紧凑的解决方案。量子计算将是这项工作的直接受益者，有了室温超导技术，量子计算将变得更加实用和容易获得。大多数量子计算机都需要在接近绝对零度的超低温下运行，以尽量减少噪音。这种极度冷却的要求不仅在技术上具有挑战性，而且成本高昂，同时也限制了量子计算系统的可扩展性。室温超导体具有在环境温度下无阻力导电的能力，可以为量子比特提供稳定、可控的环境，而无需复杂的冷却系统。[1]https://www.zhihu.com/question/613850973/answer/3136586869[2]https://view.inews.qq.com/a/20230802A003JY00?no-redirect=1[3]https://arxiv.org/abs/2307.16802
[4]https://arxiv.org/abs/2307.16402[5]https://arxiv.org/abs/2307.16040[6]https://mp.weixin.qq.com/s/2wQbmRcAcxdlpde8p3LSjw[7]https://www.science.org/content/blog-post/room-temperature-superconductor-new-developments每周一到周五，我们都将与光子盒的新老朋友相聚在微信视频号，不见不散！