[論文レビュー] Successful growth and room temperature ambient-pressure magnetic levitation of LK-99

Hao Wu, Yang Li+2 more|arXiv (Cornell University)|Aug 3, 2023

Physics of Superconductivity and Magnetism被引用数 21

ひとこと要約

著者らは室温・大気圧で磁気浮上可能な LK-99 クリスタルを検証・統合し、以前のサンプルより大きな浮上角を達成した。反磁性転移を観察し、非強磁性の挙動を確認した。

ABSTRACT

Recently, Sukbae Lee et al. reported inspiring experimental findings on the atmospheric superconductivity of a modified lead apatite crystal (LK-99) at room temperature (10.6111/JKCGCT.2023.33.2.061, arXiv: 2307.12008, arXiv: 2307.12037). They claimed that the synthesized LK-99 materials exhibit the Meissner levitation phenomenon of superconductors and have a superconducting transition temperature (Tc) higher than 400 K. Here, for the first time, we successfully verify and synthesize the LK-99 crystals which can be magnetically levitated with larger levitated angle than Sukbae Lee's sample at room temperature. It is expected to realize the true potential of room temperature, non-contact superconducting magnetic levitation in near future.

研究の動機と目的

• 低圧下で固体状態法を用いて LK-99 クリスタルの合成を検証する。
• 室温での磁気浮上（Meissner様似の挙動）を常圧下で LK-99 に対して実証する。
• 結晶形と Cu ドーピングが反磁性転移と浮上性能に与える影響を評価する。
• 磁性の排除を行い、銅-酸素誘起のバンド変化を介した潜在的な超伝導機構を探る。

提案手法

• Pb10-xCux(PO4)6O (0.9<x<1.1) の組成で LK-99 を、10-2 Pa 下の固体状態法を用いて合成する。
• 光学顕微鏡法と構造解析を用いて結晶を表征する。
• PPMS を用いてゼロ磁場冷却と磁場冷却を組み合わせた熱磁気曲線（M-T）を測定し、反磁性転移を特定する。
• マイクロメートル級結晶の室温浮遊を実証し、浮遊角を先行サンプルと比較する。
• 磁石引き寄せ試験を行い、強磁性を排除する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 低圧固体合成条件下で LK-99 結晶は再現性高く成長できるか。
• RQ2 LK-99 結晶は室温での反磁性および常圧下での浮遊を示すか。
• RQ3 Cu ドーピングと結晶形が反磁性転移温度と浮遊性能にどう影響するか。
• RQ4 観測された浮遊は超伝導性様のマイスナー効果によるものか、それとも他の磁性現象か、そして強磁性は排除できるか？

主な発見

• サンプル1 は約326 K で ZFC、約299 K で FC の反磁性転移を示す。
• マイクロン結晶サンプル2 は約340 K の反磁性転移を示し、巨視的サンプルより高温であり、Cu ドーピングによる高純度/結晶性を示している。
• サンプル2は室温・常圧での浮遊を示し、Sukbae Lee のサンプルより大きい浮遊角を示す。
• 磁石による引力試験で強磁性体に引き寄せられても反応がなく、浮遊の原因として強磁性を排除した。
• 本研究は、鉛リン酸塩アパタイトにおける銅-酸素誘起の電子変化を潜在的な機構として示唆する。