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北大LK-99復(fù)現(xiàn)結(jié)果:樣品不具有超導(dǎo)性,“半懸浮”現(xiàn)象來源于樣品的鐵磁性和各向異性

2023-08-08 13:30 作者:proton2001  | 我要投稿

今天看到來自北大的實(shí)驗(yàn)研究組在預(yù)印本網(wǎng)站arxiv上掛出了對(duì)LK-99,即所謂室溫常壓超導(dǎo)體的復(fù)現(xiàn)結(jié)果,原論文見:https://arxiv.org/pdf/2308.03110.pdf

省流版本的實(shí)驗(yàn)結(jié)果概況如下:

1)該團(tuán)隊(duì)成功生長(zhǎng)出了LK-99晶體樣品,其晶體結(jié)構(gòu)得到了X射線衍射結(jié)果的驗(yàn)證。

2)對(duì)多塊晶體樣品進(jìn)行的電阻測(cè)量均未發(fā)現(xiàn)超導(dǎo)特征,樣品電阻特性與半導(dǎo)體相符。

3)在sample3中成功觀察到了“半懸浮”現(xiàn)象,對(duì)其進(jìn)行磁化測(cè)量發(fā)現(xiàn)其在低磁場(chǎng)范圍(10 Oe也就是0.001 Tesla)附近表現(xiàn)為抗磁,而在更高場(chǎng)范圍(1k Oe)以上表現(xiàn)為鐵磁特性。

4)該團(tuán)隊(duì)在對(duì)樣品形貌和磁化分析的基礎(chǔ)上,提出該“半懸浮”現(xiàn)象的起源并非抗磁性,而是樣品形貌的強(qiáng)各向異性與其鐵磁性的疊加效應(yīng)。這一理論也得到了“磁鐵可以拖曳樣品”這一現(xiàn)象的檢驗(yàn)。


詳細(xì)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果說明(附圖)如下:

首先該團(tuán)隊(duì)成功的合成出了LK-99的多晶樣品,其粉末X射線衍射結(jié)果與之前的文章相符,同時(shí)該團(tuán)隊(duì)通過對(duì)X射線結(jié)果的分析發(fā)現(xiàn)該樣品除了含有主要成分LK-99外,還含有如Cu2S這類雜質(zhì)。

圖1 多晶LK-99的X射線衍射結(jié)果

而后該團(tuán)隊(duì)對(duì)三塊LK-99的樣品進(jìn)行了磁化率的測(cè)量,Sample1和Sample2展現(xiàn)出了:低磁場(chǎng)表現(xiàn)為鐵磁,高磁場(chǎng)表現(xiàn)為抗磁的磁化特性。圖2 (c) 和圖3 (b)的M-H曲線,也就是磁化強(qiáng)度隨著磁場(chǎng)變化的曲線清楚的展現(xiàn)了這一結(jié)果,在低磁場(chǎng)范圍(幾十 Oe)內(nèi),隨著磁場(chǎng)的升高(降低),磁化強(qiáng)度也同時(shí)升高(降低),而在更高磁場(chǎng)范圍內(nèi)這一現(xiàn)象則會(huì)發(fā)生反轉(zhuǎn)。需要注意的是,這兩塊樣品均為觀察到半懸浮現(xiàn)象。同時(shí),該團(tuán)隊(duì)所用的釹鐵硼磁鐵產(chǎn)生的磁場(chǎng)大小為kOe量級(jí),也就是說這兩塊樣品在磁鐵附近是處在抗磁態(tài)的,但是半懸浮現(xiàn)象并未發(fā)生。

圖2 Sample 1的磁化測(cè)量結(jié)果
圖3 Sample 2的磁化測(cè)量結(jié)果

該團(tuán)隊(duì)在Sample3中則觀察到了清楚的半懸浮現(xiàn)象,照片如圖 4所示,原論文的補(bǔ)充材料中還展示了動(dòng)畫。

圖4 樣品3的半懸浮現(xiàn)象

對(duì)樣品3的磁化測(cè)量結(jié)果如圖5所示,與之前兩塊樣品不同,Sample3在低磁場(chǎng)范圍內(nèi)表現(xiàn)為較弱的抗磁,而在高磁場(chǎng)范圍內(nèi)表現(xiàn)為鐵磁,圖5 (a)的結(jié)果表明這一抗磁性幾乎與溫度無關(guān),這種在低場(chǎng)范圍內(nèi)的弱抗磁結(jié)果與之前部分實(shí)驗(yàn)組報(bào)道的結(jié)果相符,而高場(chǎng)范圍內(nèi)的磁化結(jié)果則是首次被報(bào)道。顯然,在釹鐵硼磁鐵產(chǎn)生的kOe磁場(chǎng)中,該樣品將表現(xiàn)鐵磁性而非抗磁性,與Sample1和Sample2進(jìn)行對(duì)比,我們可以合理推測(cè)真正能使得樣品出現(xiàn)半懸浮的并非抗磁性,而是鐵磁性。

圖5 Sample3的磁化測(cè)量結(jié)果

比較重磅和可能對(duì)一般人來說有點(diǎn)反直覺的結(jié)果是:該團(tuán)隊(duì)認(rèn)為使得樣品半懸浮的并非樣品的抗磁性,而是鐵磁性。該團(tuán)隊(duì)利用一張圖片對(duì)此進(jìn)行了解釋,如圖6所示。由于樣品形貌具有強(qiáng)烈的各向異性,為一長(zhǎng)條形,同時(shí)該樣品極小,可以被認(rèn)為是介觀(mesoscopic)大小。因此根據(jù)鐵磁疇能量的分析,在該樣品中鐵磁矩會(huì)傾向于沿著長(zhǎng)條的長(zhǎng)邊排列。由于在磁場(chǎng)中,磁矩會(huì)傾向于與磁場(chǎng)平行,因此在磁場(chǎng)中該長(zhǎng)條樣品就會(huì)有想要“豎過來”的傾向,這種傾向產(chǎn)生的其實(shí)并非合力,而是合力矩,這種力矩與重力力矩平衡使得樣品半懸浮,但是與重力平衡的必須是支持力,因此只能做到半懸浮而不是真正的懸浮。這種鐵磁性產(chǎn)生的半懸浮可以自然的引申出下一個(gè)結(jié)論,磁鐵會(huì)對(duì)該樣品有“拖曳”的效果,在原論文補(bǔ)充材料的動(dòng)畫中可以看到這一現(xiàn)象。

圖6 半懸浮現(xiàn)象的平衡示意圖

總結(jié)一下:北大團(tuán)隊(duì)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果雖然比較粗糙,各個(gè)圖畫的也不精美,由于樣品太小數(shù)據(jù)質(zhì)量也一般。但是測(cè)量的結(jié)果比較系統(tǒng),在三塊樣品上分別進(jìn)行了比較詳細(xì)完整的磁化測(cè)量,三塊樣品的磁化和懸浮現(xiàn)象也互為對(duì)照。該團(tuán)隊(duì)提出的半懸浮現(xiàn)象來源于鐵磁也很有新意,雖然該結(jié)論依然需要進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)和理論驗(yàn)證,但比較確定的是,Sample3這塊能在磁場(chǎng)中半懸浮的樣品,在kOe的磁場(chǎng)大小(也就是所用的釹鐵硼磁鐵產(chǎn)生的磁場(chǎng))中確實(shí)處于鐵磁而非抗磁態(tài)。另外,如圖7所示的電阻測(cè)量表明該樣品為一半導(dǎo)體

圖7 電阻率的變溫曲線


北大LK-99復(fù)現(xiàn)結(jié)果:樣品不具有超導(dǎo)性,“半懸浮”現(xiàn)象來源于樣品的鐵磁性和各向異性的評(píng)論 (共 條)

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