北大LK-99复现结果：样品不具有超导性，“半悬浮”现象来源于样品的铁磁性和各向异性

今天看到来自北大的实验研究组在预印本网站arxiv上挂出了对LK-99，即所谓室温常压超导体的复现结果，原论文见：https://arxiv.org/pdf/2308.03110.pdf

省流版本的实验结果概况如下：

1）该团队成功生长出了LK-99晶体样品，其晶体结构得到了X射线衍射结果的验证。

2）对多块晶体样品进行的电阻测量均未发现超导特征，样品电阻特性与半导体相符。

3）在sample3中成功观察到了“半悬浮”现象，对其进行磁化测量发现其在低磁场范围（10 Oe也就是0.001 Tesla）附近表现为抗磁，而在更高场范围（1k Oe）以上表现为铁磁特性。

4）该团队在对样品形貌和磁化分析的基础上，提出该“半悬浮”现象的起源并非抗磁性，而是样品形貌的强各向异性与其铁磁性的叠加效应。这一理论也得到了“磁铁可以拖曳样品”这一现象的检验。

详细的实验结果说明（附图）如下：

首先该团队成功的合成出了LK-99的多晶样品，其粉末X射线衍射结果与之前的文章相符，同时该团队通过对X射线结果的分析发现该样品除了含有主要成分LK-99外，还含有如Cu2S这类杂质。

而后该团队对三块LK-99的样品进行了磁化率的测量，Sample1和Sample2展现出了：低磁场表现为铁磁，高磁场表现为抗磁的磁化特性。图2 (c) 和图3 (b)的M-H曲线，也就是磁化强度随着磁场变化的曲线清楚的展现了这一结果，在低磁场范围（几十 Oe）内，随着磁场的升高（降低），磁化强度也同时升高（降低），而在更高磁场范围内这一现象则会发生反转。需要注意的是，这两块样品均为观察到半悬浮现象。同时，该团队所用的钕铁硼磁铁产生的磁场大小为kOe量级，也就是说这两块样品在磁铁附近是处在抗磁态的，但是半悬浮现象并未发生。

该团队在Sample3中则观察到了清楚的半悬浮现象，照片如图 4所示，原论文的补充材料中还展示了动画。

对样品3的磁化测量结果如图5所示，与之前两块样品不同，Sample3在低磁场范围内表现为较弱的抗磁，而在高磁场范围内表现为铁磁，图5 (a)的结果表明这一抗磁性几乎与温度无关，这种在低场范围内的弱抗磁结果与之前部分实验组报道的结果相符，而高场范围内的磁化结果则是首次被报道。显然，在钕铁硼磁铁产生的kOe磁场中，该样品将表现铁磁性而非抗磁性，与Sample1和Sample2进行对比，我们可以合理推测真正能使得样品出现半悬浮的并非抗磁性，而是铁磁性。

比较重磅和可能对一般人来说有点反直觉的结果是：该团队认为使得样品半悬浮的并非样品的抗磁性，而是铁磁性。该团队利用一张图片对此进行了解释，如图6所示。由于样品形貌具有强烈的各向异性，为一长条形，同时该样品极小，可以被认为是介观（mesoscopic）大小。因此根据铁磁畴能量的分析，在该样品中铁磁矩会倾向于沿着长条的长边排列。由于在磁场中，磁矩会倾向于与磁场平行，因此在磁场中该长条样品就会有想要“竖过来”的倾向，这种倾向产生的其实并非合力，而是合力矩，这种力矩与重力力矩平衡使得样品半悬浮，但是与重力平衡的必须是支持力，因此只能做到半悬浮而不是真正的悬浮。这种铁磁性产生的半悬浮可以自然的引申出下一个结论，磁铁会对该样品有“拖曳”的效果，在原论文补充材料的动画中可以看到这一现象。

总结一下：北大团队的实验结果虽然比较粗糙，各个图画的也不精美，由于样品太小数据质量也一般。但是测量的结果比较系统，在三块样品上分别进行了比较详细完整的磁化测量，三块样品的磁化和悬浮现象也互为对照。该团队提出的半悬浮现象来源于铁磁也很有新意，虽然该结论依然需要进一步的实验和理论验证，但比较确定的是，Sample3这块能在磁场中半悬浮的样品，在kOe的磁场大小（也就是所用的钕铁硼磁铁产生的磁场）中确实处于铁磁而非抗磁态。另外，如图7所示的电阻测量表明该样品为一半导体