[论文解读] Semiconducting transport in Pb$_{10-x}$Cu$_x$(PO$_4$)$_6$O sintered from Pb$_2$SO$_5$ and Cu$_3$P

Li Liu, Ziang Meng+7 more|arXiv (Cornell University)|Jul 31, 2023

High-pressure geophysics and materials参考文献 3被引用 17

一句话总结

该研究通过从 Pb$_2$SO$_5$ 和 Cu$_3$P 合成 Pb$_{10-x}$Cu$_x$(PO$_4$)$_6$O，并发现传输呈半导体样式，而非超导，且未观察到磁悬浮。

ABSTRACT

The very recent claim on the discovery of ambient-pressure room-temperature superconductivity in modified lead-apatite has immediately excited sensational attention in the entire society, which is fabricated by sintering lanarkite (Pb2SO5) and copper(I) phosphide (Cu$_3$P). To verify this exciting claim, we have successfully synthesized Pb$_2$SO$_5$, Cu$_3$P, and finally the modified lead-apatite Pb$_{10-x}$Cu$_x$(PO$_4$)$_6$O. Detailed electrical transport and magnetic properties of these compounds were systematically analyzed. It turns out that Pb$_2$SO$_5$ is a highly insulating diamagnet with a room-temperature resistivity of ~7.18x10$^9$ Ohm.cm and Cu$_3$P is a paramagnetic metal with a room-temperature resistivity of ~5.22x10$^{-4}$ Ohm.cm. In contrast to the claimed superconductivity, the resulting Pb$_{10-x}$Cu$_x$(PO$_4$)$_6$O compound sintered from Pb$_2$SO$_5$ and Cu$_3$P exhibits semiconductor-like transport behavior with a large room-temperature resistivity of ~1.94x10$^4$ Ohm.cm although our compound shows greatly consistent x-ray diffraction spectrum with the previously reported structure data. In addition, when a pressed Pb$_{10-x}$Cu$_x$(PO$_4$)$_6$O pellet is located on top of a commercial Nd$_2$Fe$_{14}$B magnet at room temperature, no repulsion could be felt and no magnetic levitation was observed either. These results imply that the claim of a room-temperature superconductor in modified lead-apatite may need more careful re-examination, especially for the electrical transport properties.

研究动机与目标

• 验证改性铅磷酸盐（lead-apatite）在常压、室温下的超导性说法。
• 从 Pb$_{10-x}$Cu$_x$(PO$_4$)$_6$O 合成 Pb$_{10-x}$Cu$_x$(PO$_4$)$_6$O 并表征其性质。
• 表征电传输、磁性和晶体结构，以与报道数据相一致。
• 评估在室温下材料在铁磁磁体上的磁悬浮行为。

提出的方法

• 合成 Pb$_2$SO$_5$、Cu$_3$P，以及 Pb$_{10-x}$Cu$_x$(PO$_4$)$_6$O。
• 对这些化合物进行详细的电传输和磁性测量。
• 使用 X 射线衍射来验证晶体结构与先前数据的一致性。
• 测量 Pb$_2$SO$_5$、Cu$_3$P 和 Pb$_{10-x}$Cu$_x$(PO$_4$)$_6$O 的室温电阻率。
• 通过将压片置于 Nd$_2$Fe$_{14}$B 磁铁上，在室温下进行磁悬浮测试。

实验结果

研究问题

• RQ1 当从 Pb$_2$SO$_5$ 与 Cu$_3$P 煅烧烧结得到时，Pb$_{10-x}$Cu$_x$(PO$_4$)$_6$O 在常压、室温下是否表现出超导性？
• RQ2 所合成材料的实际电传输与磁性特性与报道的说法相比如何？
• RQ3 合成的 Pb$_{10-x}$Cu$_x$(PO$_4$)$_6$O 的晶体结构是否与先前报道的数据一致？

主要发现

• Pb$_2$SO$_5$ 是一类高度绝缘的抗磁体，室温电阻率约为 7.18×10^9 Ω·cm。
• Cu$_3$P 是一类顺磁金属，室温电阻率约为 5.22×10^-4 Ω·cm。
• Pb$_{10-x}$Cu$_x$(PO$_4$)$_6$O，当从 Pb$_2$SO$_5$ 和 Cu$_3$P 烧结得到时，显示半导体样传输，室温电阻率约为 1.94×10^4 Ω·cm。
• 将压片置于商用 Nd$_2$Fe$_{14}$B 磁铁上于室温时未观察到磁悬浮。
• 该化合物的 X 射线衍射结果与先前报道的晶体结构数据高度一致，尽管传输结果不同。
• 这些发现对该材料在常压、室温下超导性的说法表示怀疑。