[논문 리뷰] Successful growth and room temperature ambient-pressure magnetic levitation of LK-99

Hao Wu, Yang Li외 2명|arXiv (Cornell University)|2023. 08. 03.

Physics of Superconductivity and Magnetism인용 수 21

한 줄 요약

저자들은 상온 및 대기압에서 자기 부상할 수 있는 LK-99 결정의 합성 및 확인을 수행했으며, 이전 샘플들보다 더 큰 부상 각을 달성했습니다. 음자기 전이를 관찰하고 비강자성 거동을 확인합니다.

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.

연구 동기 및 목표

• 저온 압력 하에서 고체 상태 합성을 이용한 LK-99 결정 합성을 검증한다.
• 대기압에서의 상온 자기 부상(마이스너 유사 거동) LK-99를 입증한다.
• 결정 형태 및 Cu 도핑이 음자기 전이 온도와 부상 성능에 어떤 영향을 미치는지 평가한다.
• 강자성 거동을 배제하고 구리-산소 유도 밴드 변화에 의한 초전도 기전 가능성을 탐구한다.

제안 방법

• Pb10-xCux(PO4)6O (0.9<x<1.1) 조성을 가진 LK-99를 10-2 Pa의 고체 상태 합성 방법으로 합성한다.
• 광학 현미경 및 구조 분석으로 결정 특성을 규명한다.
• 제로필드 냉각과 자기장 냉각을 이용한 열자기 곡선(M-T)을 PPMS로 측정하여 음자기 전이를 확인한다.
• 미크론 규모의 결정에서 상온 부상과 이전 샘플에 비해 더 큰 부상 각을 비교한다.
• 강자성으로 인한 부상을 배제하기 위한 자기 인력 테스트를 수행한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 저온 압력 고체 상태 합성에서 LK-99 결정이 재현적으로 자랄 수 있는가?
• RQ2 대기압에서 LK-99 결정이 상온 음자기성과 부상을 나타내는가?
• RQ3 Cu 도핑 및 결정 형태가 음자기 전이 온도와 부상 성능에 어떤 영향을 주는가?
• RQ4 관찰된 부상이 초전도성 유사 마이스너 효과인지 아니면 다른 자기 현상인지, 그리고 강자성을 배제할 수 있는가?

주요 결과

• 샘플 1은 ZFC가 ~326 K에서 음자기 전이를 보이고 FC가 ~299 K에서 나타난다.
• 샘플 2의 미크론 크기 결정은 샘플보다 높은 ~340 K의 음자기 전이를 보여 Cu 도핑으로 인한 순도/결정성 증가를 시사한다.
• 샘플 2는 대기압에서 상온 부상을 시연하며 Sukbae Lee의 샘플보다 더 큰 부상 각을 가진다.
• 자성을 가진 자석으로 끌어당겨도 반응이 없음을 보이는 인력 테스트를 통해 부상의 원인이 강자성이 아님을 배제한다.
• 구리-산소 유도 전자 변화가 납 인산염 애피타이트의 잠재적 기전이 될 수 있음을 제시한다.