LK-99视频

LK-99简介

LK-99是一种新发现的材料，具有潜在的室温超导性。它呈灰黑色外观。其结构通过引入少量的铜稍微修改了铅磷灰石。

LK-99的发现

LK-99首次由包括韩国大学的李淑培教授在内的研究团队在2023年合成。该团队声称它在环境压力下和400K（-173°C；-280°F）以下作为超导体。

LK-99的化学结构

LK-99的化学组成大约为Pb9Cu(PO4)6O。在结构中，大约四分之一的Pb(II)离子被Cu(II)离子替代。

LK-99的物理性质

该材料被声称为室温超导体。一个视频显示LK-99的样品在大磁铁上部分悬浮，显示出潜在的抗磁性。然而，其超导性质需要进一步确认。

围绕LK-99的争议

LK-99的发现在同行评审之前的预印版arXiv论文中宣布。材料科学家对这些声称表示怀疑，全球的研究小组正在进行复制尝试。

LK-99的详细信息

LK-99具有从铅磷灰石稍微修改的六方结构，通过引入少量的铜。该材料首次由包括李淑培（이석배）和金志勋（김지훈）在内的研究团队发现和制造，他们来自韩国大学（KU）。该团队声称它在环境压力下和400 K（127 °C；260 °F）以下作为超导体。截至2023年7月31日，该材料尚未被确认在任何温度下都是超导体。LK-99的合成和超导性的观察尚未经过同行评审或独立复制。

LK-99的化学组成大约为Pb9Cu(PO4)6O，这意味着与纯铅磷灰石（Pb10(PO4)6O）相比，磷灰石结构中位置2的Pb(II)离子大约有四分之一被Cu(II)离子替代。部分替代Pb2+离子（测量133皮米）的Cu2+离子（测量87皮米）据说会导致体积减少0.48%，在材料内部产生内应力。内应力被声称会在磷酸盐([PO4]3−)内的Pb(1)和氧之间产生异质结量子阱，生成超导量子阱（SQW）。

李等人声称显示LK-99在用化学气相沉积法将LK-99应用到非磁性铜样品时对磁场有反应（可能是由于迈斯纳效应）。纯铅磷灰石是绝缘体，但李等人声称形成LK-99的铜掺杂铅磷灰石是超导体，或在较高温度下是金属。他们没有声称观察到在过渡温度上的行为变化。

论文基于2021年由Hyun-Tak Kim描述的一种BR-BCS超导理论解释他们的机制，其中BR项来自1970年由W.F Brinkam和T.M. Rice的经典作品，BCS项来自标准的Bardeen–Cooper–Schrieffer超导理论，尽管该论文目前在主流物理学中远离，引用次数不到10次，并且发表在Scientific reports杂志上，该杂志的同行评审较为宽松，有一系列有争议的论文。他们还使用了J.E.Hirsch的超导孔理论的想法，这是另一项有争议的工作。

8月1日，劳伦斯伯克利国家实验室的Sinead Griffin发表了一篇预印版，分析了LK-99的报告结构与密度泛函理论。这种分析暗示了铜替代铅磷灰石可能形成相关的孤立平带的潜在机制，这是高转变温度超导体的常见特征。

LK-99的名字来自发现者Lee和JH Kim的首字母，以及发现年份（1999）。这对原本在1990年代与韩国大学的崔东植教授（최동식）一起工作。2008年，韩国大学的研究人员创立了量子能源研究中心[Q-Centre]。后来，Lee成为Q-Centre的CEO，Kim成为Q-Centre的研发总监。

当崔东植在2017年去世时，他在遗嘱中要求继续LK-99的研究。Q-Centre在同年获得了新的资金，2018年对LK-99研究的兴趣被重新激发。最初的论文在2020年提交给Nature，但被拒绝。Ranga P. Dias在那年早些时候对室温超导体的类似研究发表在Nature上，并受到怀疑——Dias的论文在2022年被撤回，因为发现其数据被篡改。

Lee和JH Kim在2021年提交了一项专利申请，该申请于2023年3月3日公布。Q-Centre于2023年4月4日提交了“LK-99”的韩国商标申请。

2023年发布了一系列总结初步发现的学术出版物，共有四个出版物的七个作者。第一份出版物于7月22日出现在arXiv上，列出了前Q-Centre首席技术官Kwon Young-Wan为第三作者。第二份预印版列出了第三作者Hyun-Tak Kim，他是电子与电信研究所的前首席研究员和威廉玛丽学院的教授。

这些发现于2023年7月23日提交给APL Materials进行同行评审。2023年7月28日，Kwon在韩国大学举行的研讨会上介绍了该组的发现。同一天，韩联社发表了一篇文章，引用了韩国大学的一位官员的话，说Kwon已经不再与大学联系。该文章还引用了Lee的话，说Kwon四个月前就离开了Q-Centre研究所；LK-99的学术论文还没有完成；论文是在没有其他作者的许可的情况下上传到arXiv的。

材料科学家和超导体研究者对此表示怀疑。在发表时，已知的最高温度超导体在超过170吉帕斯卡（1,700,000 atm；25,000,000 psi）的压力下，临界温度为250 K（-20 °C；-10 °F）。在大气压（1 atm）下，最高温度的超导体的临界温度最多为150 K。

截至2023年7月31日，测量的性质并未证明LK-99是超导体，因为已发布的材料并未完全解释LK-99的磁化率如何变化，也未证明其比热容，或证明其通过过渡温度。LK-99声称的部分磁悬浮可能仅来自非超导的抗磁性。

截至2023年7月，尽管最初的实验在2020年完成，但实验尚未成功复制。在2023年7月的出版物发布后，独立小组报告说他们已经开始尝试复制合成。这些独立测试的结果预计将在几周内出来。

化学性质

LK-99的化学组成

LK-99的化学组成近似为Pb9Cu(PO4)6O。这意味着，与纯铅磷灰石（Pb10(PO4)6O）相比，磷灰石结构中位置2的Pb(II)离子大约有四分之一被Cu(II)离子替代。

LK-99的合成方法

Lee等人设计了一种化学合成LK-99材料的方法，通过从铅（II）氧化物（PbO）和铅（II）硫酸盐（Pb(SO4)）粉末的1:1摩尔混合物中生成lanarkite，然后在725 °C（1,000 K；1,340 °F）下加热24小时：

PbO + Pb(SO4) → Pb2(SO4)O

进一步处理Lanarkite

此外，通过在真空下的密封管中将铜（Cu）和磷（P）粉末以3:1的摩尔比混合，并加热到550 °C（820 K；1,000 °F）48小时，产生铜（I）磷化物（Cu3P）：

Cu + P → Cu3P

LK-99的最后准备步骤

将lanarkite和铜磷化物晶体研磨成粉末，放在真空下的密封管中，并加热到925 °C（1,200 K；1,700 °F）5‒20小时，导致形成LK-99：

Pb2(SO4)O + Cu3P + O2 (g) → Pb10-xCux(PO4)6O + S (g), where (0.9 < x < 1.1)