“样品”论文与新视频来了，东南大学对「室温超导」LK-99奇特电阻行为的解释

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机器之心报道

编辑：泽南

其实只是铜在导电？

最近，各国科学家有关韩国「室温超导」材料 LK-99 的研究陆续出炉，持悲观态度的人越来越多。

不过人们同时也认为，虽然可能不是超导，但 LK-99 所展现的特殊性质可能会推进凝聚态物理领域向前进步。人们对 LK-99 的认知仍远算不上清晰，对其本质的猜测包括半导体、磁性材料、高导电无机聚合物等等不一而足。

8 月 14 日，东南大学侯强、魏玮、周鑫、王欣悦、孙悦、施智祥等人的论文《Current percolation model for the special resistivity behavior observed in Cu-doped Apatite》提交到了预印版论文平台 arXiv 上，这份最新研究对于 LK-99 的特性进行了一些解释。

视频地址：https://www.bilibili.com/video/BV19u4y1i7nu/

东南大学教授孙悦今天早上在 B 站上传了视频第一时间进行了解读。有趣的是，他表示论文其实在上周四晚就已提交到 arXiv 平台了，视频也在那时已准备好，但可能因为话题过于敏感，论文直到周一才正式上线。

东南大学的团队围绕 LK-99 建立起了一种模型，来解释它的奇特电阻行为。

论文链接：https://arxiv.org/abs/2308.05778

此前，在 8 月 2 日，孙悦所在的团队表示在 110K 以下且常压的情况下观察到了 LK-99 的零电阻。但当时其表示这并不是室温超导的证据，还有待进一步的探索和测量。

接下来，我们来看下孙老师这次的视频分析。

首先是图 1，是对 Pb10-xCux (PO4) 6O 主相及铜和硫化二铜杂质样品的 X 射线衍射（XRD）分析，XRD 是研究晶体物质和某些非晶态物质微观结构的有效方法，也是科研人最常用的材料表征方法之一。

同时，孙老师团队也在论文中直观标注了样品上可能是铜的区域。他们也对这些区域进行了仔细地分析。成分分析结果表示，下图中这样的红色区域的主要成分是铜或者铜、铅组成的岛。孙老师此后的模型也是基于这样的成分分析提出的假设。

图 2（a）：样品照片；（b）样品的扫描电子显微镜（SEM）图像；（c）整个样品、（d）和（b）中红色圆圈区域的能量色散 X 射线光谱（EDS）。（e）铅、（f）铜和（g) 磷的能量色散 X 射线光谱图。

其实从样品照片（图 2 a）上我们就能直观地看到其中点缀着黄色的区域，很明显是铜。为了验证猜测，我们对材料进行仔细的 X 射线能谱（EDX）分析（图 2f），可见铜分布并不均匀。若对指定区域（图 2b 红圈）分析可知铜摩尔比例超过 90%，可认为此区域基本由铜、铅组成。

基于此分析结果，研究人员提出了假设。

以下是孙老师团队在 LK99 上观测到的四种特殊的电阻率行为（均在同一样品上观察到）。图 3a 是很多科研团队此前报告观察到的半导体行为，即随着温度降低，电阻不断上升，我们在大多数样品上观察到的都是这样的结果。

其中图 3b 展示的正是孙老师在上一次视频中提到的在 110K（约 - 163℃）以下近似零电阻的结果，其研究早些时候提交在 arXiv 上（论文《Observation of zero resistance above 100∘ K in Pb10−xCux (PO4) 6O》）。

孙老师也承认，上次的研究将其称为零电阻不够严谨，更为准确的说法是近似零电阻（或低于仪器分辨率的极小电阻）。

还有另外一种电阻行为，图 3c 是 250K（约 - 23℃）的时候，电阻率抖降，但仍然不是零。此时可以观察到一个线性下降的电阻曲线，7.1K 时电阻急速下降，研究人员认为此处和金属铅的性质接近（铅的超导转变温度是 7.1K）。

基于这种观察，研究人员提出一种渗流模型。简单来说，我们可以认为在样品内部形成了很多铜和铅的「岛」，如图 3C。一般情况下岛是互相分离的，所以会随温度降低呈现半导体特性。

但是若铜和铅的区域非常密集，如图 3f 中（但室温下仍然是相互分离的），随着温度降低这些铜和铅的岛距离会逐渐接近，因此材料的电阻率会逐渐下降。这是因为电流通道上会有更多低电阻的铜和铅起到作用。当温度足够低时，铜和铅的区域互相联通，形成了电流通路，绝大多数电流通过这种方式通行。

此时可通过四引线法检测到电流很小，电压也非常小，我们还会观察到类似图 3b 中非常小的近似零电阻情况。

另外还有一种最为极端的情况（如图 3d）。在室温条件下某些区域的铜和铅连接成为通道，此时测量会显示铜铅通道的电阻。

以上就是东南大学团队对于 LK-99 特殊电阻率特性的解释。

该团队也对磁化进行了详细测量，并没有发现任何迈斯纳效应的信号。因此我们可以认为，在 LK-99 上目前没有观测到超导现象 。

在视频的结尾，孙老师表示室温超导是他们这样的超导人的最终梦想和目标，他个人是愿意相信室温超导是存在的。

虽然，这波室温超导近乎已经被锤死。但正如孙老师所说，认为任何伟大的科学发现都不是一蹴而就的。相信通过一代一代研究人员的努力，我们终会实现室温超导。

好了，关于论文与新视频来了，东南大学对「室温超导」LK-99奇特电阻行为的解释就讲到这。