[論文レビュー] Semiconducting transport in Pb$_{10-x}$Cu$_x$(PO$_4$)$_6$O sintered from Pb$_2$SO$_5$ and Cu$_3$P

Li Liu, Ziang Meng+7 more|arXiv (Cornell University)|Jul 31, 2023

High-pressure geophysics and materials参考文献 3被引用数 17

ひとこと要約

本研究は Pb$_{10-x}$Cu$_x$(PO$_4$)$_6$O を Pb$_2$SO$_5$ と Cu$_3$P から合成し、超伝導性の代わりに半導体様輸送を見つけ、磁気浮揚は観察されなかった。

ABSTRACT

The very recent claim on the discovery of ambient-pressure room-temperature superconductivity in modified lead-apatite has immediately excited sensational attention in the entire society, which is fabricated by sintering lanarkite (Pb2SO5) and copper(I) phosphide (Cu$_3$P). To verify this exciting claim, we have successfully synthesized Pb$_2$SO$_5$, Cu$_3$P, and finally the modified lead-apatite Pb$_{10-x}$Cu$_x$(PO$_4$)$_6$O. Detailed electrical transport and magnetic properties of these compounds were systematically analyzed. It turns out that Pb$_2$SO$_5$ is a highly insulating diamagnet with a room-temperature resistivity of ~7.18x10$^9$ Ohm.cm and Cu$_3$P is a paramagnetic metal with a room-temperature resistivity of ~5.22x10$^{-4}$ Ohm.cm. In contrast to the claimed superconductivity, the resulting Pb$_{10-x}$Cu$_x$(PO$_4$)$_6$O compound sintered from Pb$_2$SO$_5$ and Cu$_3$P exhibits semiconductor-like transport behavior with a large room-temperature resistivity of ~1.94x10$^4$ Ohm.cm although our compound shows greatly consistent x-ray diffraction spectrum with the previously reported structure data. In addition, when a pressed Pb$_{10-x}$Cu$_x$(PO$_4$)$_6$O pellet is located on top of a commercial Nd$_2$Fe$_{14}$B magnet at room temperature, no repulsion could be felt and no magnetic levitation was observed either. These results imply that the claim of a room-temperature superconductor in modified lead-apatite may need more careful re-examination, especially for the electrical transport properties.

研究の動機と目的

• 改変された鉛アパタイトにおける常圧・室温超伝導性の主張を検証する。
• Pb$_{10-x}$Cu$_x$(PO$_4$)$_6$O を Pb$_2$SO$_5$ と Cu$_3$P から合成し、その特性を評価する。
• 報告されたデータと整合させるため、電気輸送、磁性特性、結晶構造を特徴づける。
• 室温でフェリ磁性磁石の磁石上での磁気浮揚挙動を評価する。

提案手法

• Pb$_2$SO$_5$、Cu$_3$P、および Pb$_{10-x}$Cu$_x$(PO$_4$)$_6$O を合成する。
• 化合物に対して詳細な電気輸送および磁性測定を行う。
• X 線回折を用いて結晶構造が先行データと一致することを検証する。
• Pb$_2$SO$_5$、Cu$_3$P、および Pb$_{10-x}$Cu$_x$(PO$_4$)$_6$O の室温抵抗率を測定する。
• 室温で Nd$_2$Fe$_{14}$B 磁石上に押出成形ペレットを置くことで磁気浮揚試験を実施する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 Pb$_{10-x}$Cu$_x$(PO$_4$)$_6$O は Pb$_2$SO$_5$ と Cu$_3$P から焼結した場合、常圧・室温で超伝導性を示すか？
• RQ2 合成物の実際の電気輸送および磁性特性は、報告された主張と比較してどうか？
• RQ3 合成された Pb$_{10-x}$Cu$_x$(PO$_4$)$_6$O の結晶構造は、以前に報告されたデータと一致しているか？

主な発見

• Pb$_2$SO$_5$ は室温抵抗率 ~7.18×10^9 Ω·cm の高く絶縁性の反磁性体である。
• Cu$_3$P は室温抵抗率 ~5.22×10^-4 Ω·cm の常磁性金属である。
• Pb$_{10-x}$Cu$_x$(PO$_4$)$_6$O は Pb$_2$SO$_5$ と Cu$_3$P から焼結した場合、室温抵抗率 ~1.94×10^4 Ω·cm の半導体様輸送を示す。
• 室温で Nd$_2$Fe$_{14}$B 磁石の上に押出成形ペレットを置いたとき、磁気浮揚は観察されない。
• 化合物のX線回折は、輸送特性にもかかわらず、以前に報告された構造データと大いに一致している。
• 本結果は本材料の室温・常圧超伝導性の主張に疑問を投げかける。