[논문 리뷰] 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 Meng외 7명|arXiv (Cornell University)|2023. 07. 31.

High-pressure geophysics and materials참고 문헌 3인용 수 17

한 줄 요약

이 연구는 Pb$_{10-x}$Cu$_x$(PO$_4$)$_6$O를 Pb$_2$SO$_5$와 Cu$_3$P로 합성하고, 초전도성이 아닌 반도체 유사한 전도성을 보였으며, 상온 자기 부상은 관찰되지 않았다.

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.

연구 동기 및 목표

• 수정된 납 아파타이트에서의 상압·상온 초전도성 주장 확인.
• Pb$_{10-x}$Cu$_x$(PO$_4$)$_6$O를 Pb$_2$SO$_5$와 Cu$_3$P로부터 합성하고 특성을 특징짓는다.
• 보고된 데이터와의 일치를 위해 전기 전도, 자기 특성 및 결정 구조를 특징지운다.
• 상온에서 페리자성 자석 위에서 물질의 자기 부상 거동을 평가한다.

제안 방법

• Pb$_2$SO$_5$, Cu$_3$P, 및 Pb$_{10-x}$Cu$_x$(PO$_4$)$_6$O를 합성한다.
• 화합물에 대해 상세한 전기 전도 및 자기 측정을 수행한다.
• X선 회절을 사용하여 결정 구조가 이전 데이터와 일치하는지 확인한다.
• Pb$_2$SO$_5$, Cu$_3$P, 및 Pb$_{10-x}$Cu$_x$(PO$_4$)$_6$O의 상온 저항률을 측정한다.
• 압축 펠릿을 Nd$_2$Fe$_{14}$B 자석 위에 놓고 상온에서 자기 부상 테스트를 수행한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 Pb$_{10-x}$Cu$_x$(PO$_4$)$_6$O가 Pb$_2$SO$_5$와 Cu$_3$P로 소결되었을 때, 상압 및 상온에서 초전도성을 보이는가?
• RQ2 합성된 물질의 실제 전기 전도 및 자기 특성은 보고된 주장과 어떻게 비교되는가?
• RQ3 합성된 Pb$_{10-x}$Cu$_x$(PO$_4$)$_6$O의 구조가 이전에 보고된 데이터와 일치하는가?

주요 결과

• Pb$_2$SO$_5$는 상온 저항률 ~7.18×10^9 Ω·cm인 고도로 절연된 반자성체이다.
• Cu$_3$P는 상온 저항률 ~5.22×10^-4 Ω·cm인 반자성 금속이다.
• Pb$_{10-x}$Cu$_x$(PO$_4$)$_6$O는 Pb$_2$SO$_5$와 Cu$_3$P로부터 소결될 때 상온 저항률 ~1.94×10^4 Ω·cm인 반도체 유사 전도성을 보인다.
• 상온에서 상업용 Nd$_2$Fe$_{14}$B 자석에 압축 펠릿을 놓아도 자기 부상이 관찰되지 않는다.
• 화합물의 X선 회절은 전도 결과에도 불구하고 이전에 보고된 구조 데이터와 크게 일치한다.
• 이 소견은 이 물질에 대한 상압 상온 초전도성 주장에 의문을 제기한다.