[论文解读] First order transition in Pb$_{10-x}$Cu$_x$(PO$_4$)$_6$O ($0.9

Shilin Zhu, Wei Wu+2 more|arXiv (Cornell University)|Aug 8, 2023

Organic and Molecular Conductors Research参考文献 10被引用 9

一句话总结

研究认为，报道的 LK-99 在室温下的超导样行为源于 Cu2S 杂质的一级结构相变，而非 Pb10-xCux(PO4)6O 的固有超导性，未观测到零电阻。

ABSTRACT

Lee et al. reported that the compound LK99, with a chemical formula of Pb$_{10-x}$Cu$_x$(PO$_4$)$_6$O ($0.9

研究动机与目标

• 推动对 LK-99 在室温、常压下超导性断言的验证。
• 调查是 Cu2S 杂质还是 LK-99 本身驱动所观测的传输与磁性异常。
• 表征 Cu2S 及 LK-99/Cu2S 混合物的传输和磁性特性，以评估是否存在内在超导性。
• 将转变温度和滞后与 Cu2S 相变数据进行比较，以确定电阻下降的来源。

提出的方法

• 通过固相反应，依据既定流程合成含 Cu2S 的 Cu2S 粉末及 LK-99。
• 用 X 射线粉末衍射和 Rietveld 精修表征相分析。
• 使用四探针法在 PPMS 系统中测量从 2 K 到 400 K 的电阻率。
• 使用 SQUID/VSM 磁力仪测量磁化率，从 2 K 至 400 K。
• 分析冷却和加热循环以识别电阻率和磁化率的热滞后。
• 研究不同 Cu2S 含量的 LK-99/Cu2S 混合物，以分离杂质效应。

实验结果

研究问题

• RQ1 LK-99 是否在常压下表现出内在的室温超导性？
• RQ2 观测到的电阻下降是否主要是由于 Cu2S 杂质在 ~385 K 左右发生相变？
• RQ3 电阻率和磁化率测量是否显示零电阻或符合超导性的屏蔽效应（抗磁性）？
• RQ4 相变的性质（一级）及其与 Cu2S β 相与 γ 相之间的结构变化的关系？

主要发现

• Cu2S 在大约 385 K 附近显示出尖锐的电阻下降，降幅 3–4 个数量级（从 13.7 Ω·cm 降至 0.006 Ω·cm）。
• Cu2S 在降温与升温之间出现较宽的热滞后（约 13.1 K），表明在约 400 K 附近存在一级相变。
• LK-99/Cu2S 混合物在约 370 K 左右显示出类似的电阻下降并有明显滞后，但未达到零阻。
• LK-99/Cu2S 样品的磁化率显示抗磁性，在约 375 K 附近有转变并表现热滞后，而非超导屏蔽效应。
• 磁化强度对磁场的关系在整个温度范围内呈典型的抗磁行为，未见超导特征。
• 作者认为 LK-99 的超导样行为最有可能源自 Cu2S 杂质的结构相变，而非 Pb10-xCux(PO4)6O 的固有超导性。