（常压）室温超导体：The First Room-Temperature Ambient-Pressure Superconductor

2023年7月23日，一支韩国的研究团队声称他们已经成功研制出了一种在室温和常压下的超导体，名为LK-99。这一发现在科学界引起了广泛的关注和讨论。

然而，这项研究的结果也引起了一些科学家的怀疑。有些人对数据的真实性表示了疑虑，认为这项研究的结果需要经过更多的验证和复制。

2023年8月1日，中国科学院物理研究所已经初步复现了LK-99的超导性质，这个结果仍然需要进一步的研究和验证。

韩国团队 Arxiv paper：https://arxiv.org/ftp/arxiv/papers/2307/2307.12008.pdf

一、什么是室温超导体

室温超导体的发现和研制对于科学和技术领域具有深远的影响。

超导体是一种电阻为零的物质，这意味着电流可以在其中无损耗地流动。然而，传统的超导体只能在极低的温度下工作，这限制了它们的实际应用。如果能在室温下实现超导，那么超导技术的应用领域将大大扩展。

以下是一些室温超导体可能带来的影响和应用：

1. 能源传输：超导体可以无损耗地传输电力，这意味着我们可以在电力输送过程中几乎没有能量损失。这将极大地提高电力输送的效率，降低能源消耗。

2. 磁悬浮技术：超导体在磁场中可以产生强大的反磁场，这一特性可以用于磁悬浮列车等交通工具，实现无摩擦、高速的运输方式。

3. 医疗设备和科研仪器：超导体在医疗成像（如MRI）和粒子加速器等领域有广泛的应用。室温超导体可以降低这些设备的运行和维护成本，使得更多的机构能够使用这些高端设备。

4. 量子计算：超导体是实现量子计算的关键技术之一。室温超导体可能会推动量子计算的发展，使得量子计算机的制造和运行变得更加实用和经济。

5. 环保：超导电力线路和设备的使用将大大减少能源损耗，有助于减少碳排放，对环保具有积极影响。

室温超导体的研制成功将对科技、能源、交通、医疗等多个领域产生深远影响，推动人类社会的科技进步。

这将是一次革命性的技术进步。

二、文章阅读

2.1 摘要

文章首次报道了在室温和常压下成功合成超导体的实验结果。这种新型超导体被命名为LK-99，其超导性能通过临界温度（Tc）、零电阻、临界电流（Ic）、临界磁场（Hc）和迈斯纳效应进行了验证。

LK-99的超导性质源于微小的结构失真，而非外部因素如温度和压力。

这种失真是由于铜离子（Cu2+）替代了铅离子（Pb2+）在磷酸盐绝缘网络中的位置，从而引起的体积收缩（0.48%）。这种收缩产生了应力，同时传递到了圆柱柱体的Pb(1)，导致了圆柱柱体界面的失真，从而在界面上创建了超导量子井。

LK-99的独特结构允许微小的失真结构在界面上保持，这是LK-99能在室温和常压下保持并展现超导性的最重要因素。

此外，文章还讨论了LK-99的X射线衍射（XRD）、X射线光电子能谱（XPS）、电子顺磁共振光谱（EPR）、热容量和超导量子干涉装置（SQUID）数据，以解释LK-99的超导性质。

2.2 主要内容

自从首个超导体被发现以来，全球范围内已经进行了许多寻找新型室温超导体的努力，这些努力都是基于实验的明确性或者理论的视角。最近，以硫化氢和钇超氢化物为基础的室温超导体的开发取得了成功，这引起了全球的关注，这是由于强电子-声子耦合理论预测的高频氢声子模式。然而，由于极高的压力，这些超导体很难应用到实际设备中，因此人们正在做更多的努力来克服高压问题。

为了解决温度和压力问题，我们首次成功合成了在常压下工作的室温超导体，我们将这种超导体命名为LK-99。LK-99的超导性通过临界温度（Tc），零电阻，临界电流（Ic），临界磁场（Hc）和迈斯纳效应得以证明。我们收集并详细分析了几种数据，包括X射线衍射（XRD），X射线光电子能谱（XPS），电子顺磁共振光谱（EPR），热容量，和超导量子干涉装置（SQUID）数据，以解开LK-99超导性的谜团。在本文中，我们将报告并讨论我们的新发现，包括与LK-99的超导性相关的超导量子阱。

从图1中，作者们得出以下结论：

1. 图1(a)展示了在不同温度下（298 K ~ 398 K）测量的电压与施加电流的关系。这个测量是在10-3 Torr的真空中进行的，每增加20 K的温度就改变一次直流（DC）极性。

2. 图1(b)展示了零电阻的薄膜。在各种体积样本中，特定电阻在10-6到10-9 Ω·cm的范围内测量。此外，LK-99的薄膜在400 K以下的温度范围内显示出零电阻。

3. 图1(c )展示了在不同外部磁场（Oe）下测量的电压与施加电流的关系。

4. 图1(d)展示了在10 Oe磁场下的场冷和零场冷的DC磁化。这些结果表明，即使在10 Oe的磁场下，到400 K的温度，超导相仍然存在。

5. 图1(e)展示了临界电流与临界温度的关系。即使在400 K和3000 Oe或更高的磁场下，临界电流值仍然不为零（7 mA）。因此，作者们判断LK-99的临界温度超过400 K。

6. 图1(f)展示了临界电流与临界磁场的关系。

这些结果表明，LK-99在400 K的温度和3000 Oe或更高的磁场下仍然表现出超导性。此外，由于LK-99具有多晶形态，体积样本的非均匀电阻可以解释为多晶超导相的晶粒间界，晶粒间涡流，自由涡流。

因此，我们判断LK-99的临界温度超过400 K。此外，由于LK-99具有如图2所示的多晶形貌，因此块体样品的电阻率不均匀可以解释为晶界、晶间电阻率。 多晶涡流、自由涡流超导相。类约瑟夫森现象（补充材料中的图S1（a））对于超导体-普通金属-超导体(21,22)或间的欠阻尼结晶粒耦合超导体(23)和晶粒间或晶内的热电效应(24-26)还观察到网络（补充材料中的图S1（b））。

图2：展示了与COD匹配的LK-99的X射线衍射（XRD）结果。原始XRD数据仅进行了Kα2剥离，没有进行任何其他处理。

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