[논문 리뷰] Synthesis of possible room temperature superconductor LK-99:Pb$_9$Cu(PO$_4$)$_6$O

Kapil Kumar, N. K. Karn외 1명|arXiv (Cornell University)|2023. 07. 31.

X-ray Diffraction in Crystallography인용 수 14

한 줄 요약

저자들은 LK-99 유사 Pb9Cu(PO4)6O 다결정체를 두 단계 전구체 방법과 925°C 열처리로 합성했지만, 벌크 상온 초전도성이나 이방자성의 증거를 찾지 못했다. 추가 열처리 연구가 진행 중이다.

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.

연구 동기 및 목표

• 상온 초전도성 탐색을 촉진하고 Pb9Cu(PO4)6O에서 LK-99 주장 재평가를 수행한다.
• 보고된 두 단계 전구체 방법을 사용하여 합성을 재현한다.
• 각 열처리 후 X선 회절(XRD)을 통해 상(相) 형성을 확인한다.
• 상온에서의 이방자성과 벌크 초전도성 신호를 평가한다.
• 테스트된 조건에서 벌크 초전도성이 관찰되는지 여부를 결론짓는다.

제안 방법

• 두 단계 전구체 방법을 통해 LK-99 유형 Pb9Cu(PO4)6O의 다결정 합성.
• 이전 보고서에서 인용된 동일 프로토콜에 따른 열처리를 적용한다.
• 각 열처리 후 X선 회절(XRD)을 사용해 상 형성을 확인한다.
• 자기 반응(예: 부상 시험)을 통해 상온에서의 자영/이방자성을 측정한다.
• 벌크 초전도성의 징후를 평가하고 결과와 한계를 보고한다.
• 추가적인 열처리 변형 연구가 진행 중임을 명시한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 실험된 합성 조건에서 Pb9Cu(PO4)6O가 상온에서 벌크 초전도성을 보이는가?
• RQ2 합성 샘플에서 상온 이방자성이 검출되는가?
• RQ3 열처리 후 XRD로 확인된 상의 순도는 초전도성 또는 자기 신호와 어떻게 연관되는가?
• RQ4 대체 열처리 경로가 초전도성의 증거를 제시할 수 있는가?

주요 결과

• 상온에서의 이방자성은 자기 부상 시험으로는 입증되지 않는다.
• 925°C에서의 합성 LK-99 유형 상은 벌크 초전도를 보이지 않는다.
• 각 열처리 후 XRD로 상이 확인되나 초전도 전이 현상은 관찰되지 않는다.
• 저자들은 시험된 조건에서 벌크 초전도성의Appearance를 승인하지 않는다고 명시한다.
• 다른 열처리 방법으로의 추가 연구가 진행 중이다.