[論文レビュー] Observation of abnormal resistance-temperature behavior along with diamagnetic transition in Pb$_{10-x}$Cu$_x$(PO$_4$)$_6$O-based composite

Hao Wu, Yang Li+4 more|arXiv (Cornell University)|Aug 9, 2023

Transition Metal Oxide Nanomaterials被引用数 13

ひとこと要約

著者らは LK-99 に類似した Pb10-xCux(PO4)6O サンプルを合成し、約 387 K 付近で抵抗の跳ね上がりを観察し、約 341–354 K 付近で反磁性の遷移を確認し、杂質の寄与と intrinsic な性質を特定するには高純度結晶が必要であることを論じている。

ABSTRACT

Recently, Sukbae Lee et al.reported that material Pb$_{10-x}$Cu$_x$(PO$_4$)$_6$O (LK-99) has a series of characteristics of room temperature superconductors, including diamagnetic transition, resistance jump, nearly zero-resistance, magnetic field-dependent IV characteristics and so on (10.6111/JKCGCT.2023.33.2.061, arXiv:2307.12008, arXiv:2307.12037). However, whether LK-99 is really a room temperature superconductor is still controversial. On the one hand, some people think that the relatively weak diamagnetism of LK-99 reported by Sukbae Lee et al. is not the Meissner effect. On the other hand, there are doubts about the authenticity of its zero-resistance test results. Global replication studies have shown that LK-99 does have a large diamagnetic (arXiv:2308.01516), and also found a zero-resistance behavior at a low temperature of 110 $^\circ$K (arXiv:2308.01192). However, up to now, there is still no direct reproducible evidence to support Sukbae Lee et al.'s conclusion that LK-99 is a room temperature superconductor. Here, a distinct resistance jump was observed at about 387 $^\circ$K under ambient pressure in our experiment for unclear reason including possible impurity's contribution. The overall resistance of the test LK-99 sample still shows semiconductivity, and the resistance cannot really drop to zero. Our findings indicate that to identify the true potential of LK-99, high quality crystals without impurity are very important.

研究の動機と目的

• Pb10-xCux(PO4)6O (LK-99) における室温超伝導の探索を動機づけ、超伝導挙動の主張を評価する。
• 環境下での LK-99-様サンプルの抵抗-温度挙動および磁気応答を調査する。
• Pb10-xCux(PO4)6O の観測された異常が intrinsic な性質によるものか Cu2S/Cu2O などの杂質によるものかを判断する。
• 電気的および磁気的測定が超伝導性と他の相転移のいずれと整合するかを評価する。

提案手法

• PbO、PbSO4、P、Cu 粉末から Cu3P および Pb2(SO4)O の形成を含む前駆体操作を含む固相法で LK-99-様サンプルを合成する。
• XRD で相組成を表征し、LK-99 および Cu2S、Cu2O などの杂質を特定する。
• 常圧下で標準的な4端子法を用いて抵抗と温度を測定し、加熱/冷却サイクルを繰り返す。
• 0.1 T の場で磁化 vs. 温度（M-T）を測定し、反磁性的遷移を評価する。
• 異なる磁場および電流下で抵抗を測定し、異常な抵抗特性の場・電流依存性を調べる。
• 抵抗異常と反磁性的遷移を比較し、超伝導挙動の可能性を評価する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 Pb10-xCux(PO4)6O は環境圧力下で室温の超伝導様ゼロ抵抗を示すか。
• RQ2 387 K 付近の抵抗跳ねは Pb10-xCux(PO4)6O に固有か、それとも杂質（Cu2S、Cu2O）や相転移に起因するか。
• RQ3 磁気応答（反磁性遷移）はこれらのサンプルの電気的輸送異常とどのように相関するか。
• RQ4 抵抗異常は超伝導性に期待されるように、施加された磁場または電流とともに移動するか。
• RQ5 Pb10-xCux(PO4)6O の intrinsic properties を特定するにはどの程度の品質と純度が必要か。

主な発見

• 環境圧力下で LK-99-様サンプルに約 ~387 K の抵抗跳ねが観察された。
• 全体の抵抗挙動は半導体的なままで、真のゼロ抵抗ではない。
• ZFC/FC 測定で 341–354 K 付近に反磁性遷移を検出。
• 抵抗跳ねの温度は磁場や電流で移動せず、従来の超伝導挙動とは異なることを示唆。
• XRD は LK-99-様相と Cu2S および Cu2O の杂質を示し、異常の解釈を複雑にする。
• 著者は Pb10-xCux(PO4)6O の intrinsic properties を決定するには高純度結晶が必要であると強調。