[论文解读] The First Room-Temperature Ambient-Pressure Superconductor

S. I. Lee, Ji‐Hoon Kim+1 more|arXiv (Cornell University)|Jul 22, 2023

Electronic and Structural Properties of Oxides被引用 64

一句话总结

该论文声称在改性铅-apatite（LK-99）结构中，在环境压力下实现室温超导，并将其与微小的结构畸变和 Cu2+ 替代联系起来。

ABSTRACT

For the first time in the world, we succeeded in synthesizing the room-temperature superconductor ($T_c \ge 400$ K, 127$^\circ$C) working at ambient pressure with a modified lead-apatite (LK-99) structure. The superconductivity of LK-99 is proved with the Critical temperature ($T_c$), Zero-resistivity, Critical current ($I_c$), Critical magnetic field ($H_c$), and the Meissner effect. The superconductivity of LK-99 originates from minute structural distortion by a slight volume shrinkage (0.48 %), not by external factors such as temperature and pressure. The shrinkage is caused by Cu$^{2+}$ substitution of Pb$^{2+}$(2) ions in the insulating network of Pb(2)-phosphate and it generates the stress. It concurrently transfers to Pb(1) of the cylindrical column resulting in distortion of the cylindrical column interface, which creates superconducting quantum wells (SQWs) in the interface. The heat capacity results indicated that the new model is suitable for explaining the superconductivity of LK-99. The unique structure of LK-99 that allows the minute distorted structure to be maintained in the interfaces is the most important factor that LK-99 maintains and exhibits superconductivity at room temperatures and ambient pressure.

研究动机与目标

• 推动在常压下可操作的室温超导体的研究。
• 提出一个改性铅-磷酸盐（LK-99）的合成与结构框架，该框架据称显示了超导性。
• 将超导行为与特定晶格畸变和界面现象相关联。
• 提出一个基于界面处超导量子阱（SQWs）的模型来解释观察到的特性。

提出的方法

• 在选定位点将 Cu2+ 替代 Pb2+，合成改性铅-磷酸盐（LK-99）。
• 表征结构变化，包括一个小的体积收缩（0.48%），并将其与诱导的应力相关联。
• 提出 Pb(1) 圆柱列中的界面畸变会产生超导量子阱（SQWs）。
• 通过 Tc、零电阻、临界电流（Ic）、临界磁场（Hc）和迈斯纳效应来评估超导性质。
• 用热容量数据支持该模型以证明所提出的机理。

实验结果

研究问题

• RQ1 在铜替代的铅-磷酸盐结构中，是否可以在常压下实现室温超导？
• RQ2 哪些结构特征和界面现象对 LK-99 中观察到的超导现象负责？
• RQ3 微小晶格畸变如何与 Tc、Ic 和 Hc 等超导性质相关？
• RQ4 热容量数据是否支持涉及界面处 SQWs 的所提出超导机理？

主要发现

• 在环境压力下的 Tc 报告为 ≥ 400 K (127 °C)。
• 通过零电阻、迈斯纳效应、Ic 和 Hc 等证据表明超导性。
• 将超导归因于 Pb(2)-磷酸盐网络中 Cu2+ 替代 Pb2+ 导致的微小结构畸变（体积收缩 0.48%）。
• 提出畸变会转移到 Pb(1) 圆柱列，扭曲界面并生成超导量子阱（SQWs）。
• 热容量结果被引用为支持 LK-99 超导模型的证据。