[论文解读] Successful growth and room temperature ambient-pressure magnetic levitation of LK-99

Hao Wu, Yang Li+2 more|arXiv (Cornell University)|Aug 3, 2023

Physics of Superconductivity and Magnetism被引用 21

一句话总结

作者在室温、常压下验证并合成可被磁悬浮的 LK-99 晶体，且悬浮角度比先前样品更大。他们观察到抗磁性转变并确认非铁磁行为。

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.

研究动机与目标

• 在低压条件下使用固相法验证 LK-99 晶体的合成。
• 在环境压条件下演示 LK-99 的室温磁悬浮（类似 Meissner 效应）。
• 评估晶体形态和 Cu 掺杂如何影响抗磁转变温度与悬浮性能。
• 排除铁磁性，并通过铜-氧引发的能带变化探索潜在的超导机制。

提出的方法

• 在 10-2 Pa 条件下，采用固相法合成成分为 Pb10-xCux(PO4)6O (0.9<x<1.1) 的 LK-99。
• 用光学显微镜和结构分析对晶体进行表征。
• 使用 PPMS，在零场冷却和有场冷却条件下测量热磁曲线（M-T），以识别抗磁转变。
• 展示微米级晶体的室温悬浮，并将悬浮角度与先前样品进行比较。
• 进行磁铁吸引测试以排除铁磁性。

实验结果

研究问题

• RQ1 在低压固相合成条件下，LK-99 晶体是否可重复生长？
• RQ2 LK-99 晶体是否表现出室温抗磁性并在常压下实现悬浮？
• RQ3 Cu 掺杂和晶体形态如何影响抗磁转变温度和悬浮性能？
• RQ4 观测到的悬浮是由于类似超导的 Meissner 效应还是其他磁性现象所致，以及是否可以排除铁磁性？

主要发现

• 样品1 显示在 ZFC ~326 K 和 FC ~299 K 的抗磁转变。
• 样品2（微米晶体）在 ~340 K 处出现抗磁转变，高于大块样品，表明 Cu 掺杂提高了纯度/晶体质量。
• 样品2 在室温、常压下实现悬浮，悬浮角度大于 Sukbae Lee 的样品。
• 磁铁吸引测试在被铁磁体吸引时无响应，排除铁磁性是悬浮原因。
• 该研究提出铜-氧诱导的电子结构变化在铅磷酸盐磷灰石中可能成为机制。