北京凝聚态物理国家研究中心
EX1组供稿
第121期
2023年11月28日
含Cu 2S的LK-99中的一级结构相变

  2023年7月22日韩国高丽大学Sukbae Lee等人宣称在Pb10-xCux(PO4)6O (0.9

   /北京凝聚态物理国家研究中心极端条件实验室EX1组的研究生朱世林,吴伟、李政副研究员和雒建林研究员对韩国团队的论文进行仔细分析,发现其制备方法导致LK-99中存在大量Cu2S杂质。Cu2S在400K附近会发生结构相变,从高温六角相变为低温下的单斜相,Cu2S的电导以及热膨胀系数在相变温度会发生明显的变化,因此猜测LK-99的超导电阻陡变行为可能是杂质Cu2S导致。他们测量纯Cu2S发现在400K附近电阻率变化3-4个数量级,与LK-99中所谓的超导行为相似。然而这种结构相变为一级相变,在升降温测量时能会有迟滞行为,这与二级相变的超导转变完全不同。为了重复韩国团队LK-99的实验,他们又制作了含不同Cu2S杂质的LK-99样品,样品S1 (LK-99含5%的Cu2S)和S2 (LK-99含70%的Cu2S),发现它们的电阻都在所谓的超导转变处发生变化,其中S2样品与韩国团队报道的行为高度相似。他们在电阻和磁化率测量中都观测到了迟滞行为后,磁化曲线也是标准的弱抗磁行为。这些都和超导行为完全不同,因此断定LK-99中观察到的电阻下降行为起源于Cu2S的一级结构相变,而LK-99并非室温超导体。

  该工作解开LK-99“室温超导”之谜。相关文章作为特邀约稿,发表于最新一期Matter杂志,标题为“First order transition in LK-99 containing Cu2S”。链接DOI: https://doi.org/10.1016/j.matt.2023.11.001。

CGTNPhysics WorldNatureNews,澎湃新闻等多家媒体对该工作进行了报道。

  相关工作得到了 、国家自然科学基金委和科技部项目的支持。


图1 (A) Cu2S正常坐标电阻随温度的变化关系 (B) Cu2S对数坐标电阻随温度的变化关系


图2 (A)S2正常坐标电阻随温度的变化关系,与LK-99电阻几乎一样 (B)S2相变附近放大图
(C)S1正常坐标电阻随温度的变化关系,(D) S1相变附近放大图


图3 (A) S2样品磁化率随温度的变化 (B) S2样品M-H曲线