[論文レビュー] Synthesis of possible room temperature superconductor LK-99:Pb$_9$Cu(PO$_4$)$_6$O

Kapil Kumar, N. K. Karn+1 more|arXiv (Cornell University)|Jul 31, 2023

X-ray Diffraction in Crystallography被引用数 14

ひとこと要約

著者らは、二段階前駆体法と925°Cの熱処理を用いてLK-99様Pb9Cu(PO4)6O多結晶を合成しますが、常温のバルク超伝導性または反磁性の証拠を見いだせませんでした。さらなる熱処理の研究は継続中です。

ABSTRACT

The quest for room-temperature superconductors has been teasing scientists and physicists, since its inception in 1911 itself. Several assertions have already been made about room temperature superconductivity but were never verified or reproduced across the labs. The cuprates were the earliest high transition temperature superconductors, and it seems that copper has done the magic once again. Last week, a Korean group synthesized a Lead Apatite-based compound LK-99, showing a T$_c$ of above 400$^\circ$K. The signatures of superconductivity in the compound are very promising, in terms of resistivity (R = 0) and diamagnetism at T$_c$. Although, the heat capacity (C$_p$) did not show the obvious transition at T$_c$. Inspired by the interesting claims of above room temperature superconductivity in LK-99, in this article, we report the synthesis of polycrystalline samples of LK-99, by following the same heat treatment as reported in [1,2] by the two-step precursor method. The phase is confirmed through X-ray diffraction (XRD) measurements, performed after each heat treatment. The room temperature diamagnetism is not evidenced by the levitation of a permanent magnet over the sample or vice versa. Further measurements for the confirmation of bulk superconductivity on variously synthesized samples are underway. Our results on the present LK-99 sample, being synthesized at 925$^\circ$C, as of now do not approve the appearance of bulk superconductivity at room temperature. Further studies with different heat treatments are though, yet underway.

研究の動機と目的

• 室温超伝導性の探索を喚起し、Pb9Cu(PO4)6OにおけるLK-99の主張を再評価する。
• 報告された二段階前駆体法を用いて合成を再現する。
• 各熱処理後にX線回折法（XRD）で相の形成を確認する。
• 室温の反磁性およびバルク超伝導性の指標を検査する。
• 検討条件下でバルク超伝導が観察されるか結論づける。

提案手法

• 二段階前駆体法により、LK-99様Pb9Cu(PO4)6Oの多結晶を合成する。
• 以前の報告に引用された同じプロトコルに従って熱処理を適用する。
• 各熱処理後にX線回折（XRD）を用いて相の形成を確認する。
• 室温の磁気応答を測定して反磁性を評価する（例：浮遊試験）。
• バルク超伝導の兆候を評価し、所見と限界を報告する。
• さらなる熱処理のバリエーションが検討中であることを示す。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 試験された合成条件下でPb9Cu(PO4)6Oは室温においてバルク超伝導を示すか。
• RQ2 合成サンプルに室温の反磁性を検出できるか。
• RQ3 熱処理後にXRDで検証された相純度は、超伝導または磁気信号とどのように相関するか。
• RQ4 代替の熱処理経路が超伝導の証拠を生み出すか。

主な発見

• 室温の反磁性は磁石の浮遊試験で証明されていない。
• 925°Cで合成されたLK-99様相はバルク超伝導を示さない。
• 各熱処理後のXRDは相を確認するが、超伝導転移は観察されない。
• 著者らは、検討条件下でバルク超伝導の出現を認めるものではないと述べている。
• 異なる熱処理を用いたさらなる研究が進行中である。