「更可能是磁体！」普林斯顿LK-99研究支持北大结果，38页论文提出铜替代铅或不可行

梦晨 丰色 发自 凹非寺
量子位 | 公众号 QbitAI

LK-99最新进展，普林斯顿大学Schoop Lab复现失败，还提出一个新观点：

根据形成能计算，在铅原子位点掺杂铜似乎不可行。

特别之处在于，他们提到所合成的样品晶体在放大镜下是透明的。

团队在磁性和电阻测量中都没有观察到超导迹象；理论计算结果则是铜的掺杂不稳定，电子结构不利于超导，更利于磁性。

这篇整整38页的论文，最终给出的结论支持了昨天北大团队论文的结果：

Pb₉Cu(PO₄)₆(OH)₂更有可能是磁体，而不是常温常压超导体。

目前论文还没有上传到arXiv，仅仅是一个谷歌文档也引起了大量关注。

即将到普林斯顿任化学和生物工程助理教授的Andrew S. Rosen表示：

（铜原子取代铅需要的额外能量）13.9 eV，这能量太高了。

对于按照这个结论为什么却能看到部分复现成功的案例，量子材料物理教授Prof. Michael S Fuhrer指出，普林斯顿团队这篇论文真正的结论应该是“韩国团队提出的结构并不一定准确，可能与实验中的真实物质不一样”。

不过低温物理学家、量子系统工程师Jorrit de Boer认为，这是非常著名的研究组写的非常详尽的论文，他们在复杂晶体“生长”和电子理论领域都是顶尖水平。

论文中还包含“为什么用任何合成方法都极不可能发生铅-铜替代的根本原因。当然（与韩国团队样品）不是完全相同的晶体，但似乎结束了。

普林斯顿团队怎么说？

普林斯顿团队对自己的研究给出了一段总结：

• 按照（韩国团队）描述的流程合成出样品，是多相的。

• 其中核心材料磷灰石单晶是可分离且透明的。用单晶X射线衍射法（SXRD）分析与已发布的样品粉末模式一致。

• 根据形成能计算，在铅原子位点掺杂铜似乎不可行。

另外，即使假设韩国团队起初的铜掺杂结构是正确的，对于给定结构，理论也预测由于局域化的平坦能带，该材料的基态将是磁性的。

下面具体来看。

实验部分，普林斯顿团队的样品与韩国团队原始LK-99相比有更多的杂质相，但可以把主相分离出来。

分离后各成分，与之前X射线衍射实验数据（黑色）对比较为一致。

分离出来后的粉末，在显微镜下观察是透明的。对光透明说明对电磁场没有很强的吸收，所以更有可能不是导体。

接下来，他们从头开始进行形成能计算，并得到铜原子取代铅需要的能量在热力学上高度不利的结果（如下图所示）。

团队还进行了声子谱（Phonon Spectru）的从头计算，发现未掺杂和铜掺杂的结构都存在虚声子模式，说明结构不稳定。

紧束缚模型（Tight Binding Model）计算结果表示，Cu在费米能级形成高密度平坦区。根据量子几何学表明为强局域化态，不利于形成超导，更易导致磁性。

相互作用哈密顿量（Interacting Hamiltonian ）的计算结果也显示该系统具有强电子关联效应，有利于形成磁性，不利于超导。

三种计算互为补充，都显示该系统电子强关联效应明显，不利于超导。

另外，当探测铜掺杂结构时，发现不同结构的材料在15度处都出现了一个新的衍射峰，峰的强度会因阴离子的类型和Cu的掺杂位置而变化。

如果忽略这个峰，Cu₂掺杂的Pb₉Cu(PO₄)₆O与实验数据的匹配程度最好，这表明存在Cu掺杂位置的结构不确定性。

从这些模拟结果来看，作者对铜能有序掺杂进入磷灰石矿物结构表示怀疑。

在看过论文后，马里兰大学量子材料中心建议普林斯顿团队后续测量样品在低温条件的性质。

普林斯顿团队表示未来会考虑。

中科院物理所也发了论文

最后再来总结一下目前LK-99复现/研究的最新进展。

研究方面，昨天北大团队论文之后，中科院物理所北京凝聚态物理国家研究中心也发表论文。

在电阻率和磁化率中观察到了急剧地“类超导转变”和热滞行为，然而没有观察到低于转变温度的零电阻率。

我们认为，LK-99中所谓的超导行为很可能是由于Cu₂S在385K左右的一级结构相变引起的电阻率降低，从β相到低温下的γ相。

复现实验方面，航天工程师老哥安德鲁把15g样品翻了个遍，也没找到第三个有磁性反应的碎片。

目前已经把自己的制备的样品交给南加州大学跨学科小组进行后续实验。

另外，日本一家柔性印刷电路板领域的创业公司加入了实验复现行列，创始人清水信哉表示：

我手头的设备都全了，尽管出结果的概率极低也值得一试。后续报告时间不确定，请不要期待。

国内方面，知乎账号@胡豆也更新了最新进展：3个石英管进炉，准备升温。

其中第三个还按评论区网友建议稍微改动了一下配方，并表示应该是个持久战。

各个团队的实验/研究结果看下来，有人总结道：

现阶段任何关于LK-99的生成都毫无用处，因为每个团队合成的LK-99似乎都不同。必须对韩国团队直接提供的样本进行彻底的分析才行。

而据威廉玛丽学院校报TheFlatHat最新消息，韩国团队已向威廉玛丽学院（LK-99论文作者之一金贤德教授所在的大学）发送了一批LK-99材料，预计本月抵达，届时就将与该校团队开展分析。

普林斯顿论文：
https://drive.google.com/file/d/1ekD2KVV_SUid2wH__o1ODS3hTl1GUFb5/view?pli=1

中科院物理所论文：
https://arxiv.org/abs/2308.04353

参考链接：
[1]https://twitter.com/SchoopLab/status/1689014160477261825
[2]https://twitter.com/floates0x/status/1689033398294388736
[3]https://news.ycombinator.com/item?id=37055514
[4]https://flathatnews.com/about-flat-hat-news/

— 完 —

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