[论文解读] No evidence of superconductivity in the compressed sample prepared from the lutetium foil and H2/N2 gas mixture

Shu Cai, Jing Guo+11 more|arXiv (Cornell University)|Apr 6, 2023

Luminescence Properties of Advanced MaterialsMaterials Science被引用 3

一句话总结

本研究调查了在高压下由镥箔与H2/N2气体反应合成的镥-氢-氮（Lu-H-N）化合物中接近常压超导性的说法。尽管复现了合成方法，但作者在高达3.4 GPa、低至100 K的条件下，通过电阻力率和磁化率测量均未发现超导性证据，且在1800 °C激光加热后，样品在整个过程中保持深蓝色，亦未观察到超导性。

ABSTRACT

A material described as lutetium-hydrogen-nitrogen (Lu-H-N in short) was recently claimed to have near-ambient superconductivity[Gammon et al, Nature 615, 244, 2023]. If the results could be reproduced by other teams, it would be a major scientific breakthrough. Here, we report our results of transport and structure measurements on a material prepared using the same method as that reported by Gammon et al. Our X-ray diffraction measurements indicated that the obtained sample contained three substances: the FCC-1 phase (Fm-3m) with a lattice parameter a=5.03 Å, the FCC-2 phase (Fm-3m) with a lattice parameter a= 4.755 Å and Lu metal. These two FCC phases are identical to the those reported in the so-called near-ambient superconductor. However, we found that the samples had no evidence of superconductivity, through our resistance measurements in the temperature range of 300 - 4 K and pressure range of 0.9 - 3.4 GPa, and our magnetic susceptibility measurements in the pressure range of 0.8-3.3 GPa and temperature down to 100 K. We also used a laser heating technique to heat the sample to 1800°C and found no superconductivity in the produced dark blue samples below 6.5 GPa. In addition, the color of the both samples remain dark blue in the pressure range investigated.

研究动机与目标

• 独立验证Gammon等人于2023年在《自然》杂志上报告的Lu-H-N中接近常压超导性的说法。
• 采用相同方法（即镥箔在H2/N2气体混合物中进行高压处理）复现Lu-H-N化合物的合成。
• 在高压和高温条件下研究所得样品的电学和磁学性质。
• 确定观察到的具有两种面心立方结构（a = 5.03 Å 和 4.755 Å）的深蓝色相是否表现出超导行为。

提出的方法

• 使用镥箔和H2/N2气体混合物，在六方氮化硼（h-BN）压压介质中进行高压合成Lu-H-N化合物。
• 通过X射线衍射（XRD）识别存在的晶体相，确认存在两种面心立方相（Fm-3m）和金属镥。
• 在0.9至3.4 GPa的压力范围内，从300 K至4 K测量电阻率，以检测超导转变。
• 在0.8至3.3 GPa的压力范围内，从100 K至0 K测量磁化率，以检测迈斯纳效应样行为。
• 在压力下对样品进行1800 °C的激光加热，以评估其稳定性及由此形成的深蓝色相中潜在的超导行为。
• 在整个压力范围（最高达6.5 GPa）内观察颜色并监测相稳定性。

实验结果

研究问题

• RQ1 通过Gammon等人报告的相同方法合成的Lu-H-N化合物是否在常压及近常压条件下表现出超导性？
• RQ2 样品中观察到的两种面心立方相（a = 5.03 Å 和 4.755 Å）是否与原始报告中提出的超导相一致？
• RQ3 在3.4 GPa以下、低至100 K的条件下，电阻率或磁化率测量中是否可检测到任何超导转变？
• RQ4 将样品加热至1800 °C是否会在高压下诱导或稳定深蓝色相中的超导行为？
• RQ5 样品在整个压力和温度条件下持续呈现深蓝色，该颜色是否与超导相的存在相关？

主要发现

• X射线衍射确认存在两种面心立方相（Fm-3m），晶格参数分别为a = 5.03 Å 和 a = 4.755 Å，与原始研究中报告的数据一致。
• 在0.9至3.4 GPa的压力范围内，从300 K至4 K的电阻率测量中未观察到超导转变。
• 在0.8至3.3 GPa的压力范围内，从100 K至0 K的磁化率测量中未显示任何抗磁屏蔽或迈斯纳效应。
• 即使在高达6.5 GPa的压力下，将样品加热至1800 °C也未诱导出超导性。
• 样品在整个压力和温度条件下均保持深蓝色，表明未发生与超导性相关的相变。
• 在所有测试条件下均未发现超导性证据，尽管已复现合成方法并确认了相结构。