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室温超导体LK-99的合成与结构分析

2023-08-02 13:43 作者:Ymprover  | 我要投稿

近日,韩国科学家Sukbae Lee等人成功合成了室温超导体。研究表明,它能在T=400K下工作,具有改性铅磷灰石(LK-99)结构。

论文指出,LK-99的合成涉及黄铅矿(Lanarkite, %5Crm%20Pb_2SO_5)与%5Crm%20Cu_3P的反应。

(1) 黄铅矿(Lanarkite)的制备。

Lanarkite的分子式可写为%5Crm%20Pb_2%5BSO_4%5DO,其晶体学数据为:

a = 13.746, b = 5.6964, c = 7.066, β = 115.79° 


自绘图(produced by VESTA)

论文指出,Lanarkite是通过混合硫酸铅和氧化铅制备的,将反应物置于开放式氧化铝坩埚中,在725ºC下反应24小时即可得到Lanarkite。

(2)磷化铜的制备。

将Cu和P粉末按每个组成比例混合。样品被转移到石英管中。将管在10%5E%7B-5%7D%20%5Crm%20~Torr的真空下密封,并在550°C下反应48小时。从管中取出后,获得深灰色铸锭并将其粉碎,及得到磷化铜粉末。

(3)LK-99的制备。

将Lanarkite和%5Crm%20Cu_3P以1∶1的摩尔比均匀混合,将其放入反应管中,在10%5E%7B-5%7D%20%5Crm%20~Torr的真空下密封并在925℃下反应10小时,最终合成了LK-99(如下)。


作者通过X射线光电子能谱谱图分析、PPMS热容测量法等方式,探明其结构为%5Crm%20Pb_9Cu(PO_4)_6O(如下)

X射线光电子能谱(XPS)数据:

经结构分析,得LK-99的c轴俯视图:

Produced by VESTA

作者指出,他们预先对LK-99的评估为%7B%5Crm%20Pb%7D_%7B10-x%7D%7B%5Crm%20Cu%7D_x(%7B%5Crm%20PO%7D_4)_6%7B%5Crm%20O%7D,x = 0.9 ~ 1.0,由于Cu(Ⅱ)离子(87pm)小于Pb(Ⅱ)离子,导致体积减少0.48%(133pm)。他们指出:

The stress was occurred in the network portion and then affected the appearance of superconductivity.

另有学者给出以下研究成果(网图,未知其出处)。

本月1日,Up主@关山口男子技师发布视频,给出了LK-99的验证。

华中科技大学材料学院博士后武浩、博士生杨丽,在常海欣教授的指导下,成功首次验证合成了可以磁悬浮的LK-99晶体,该晶体悬浮的角度比Sukbae Lee等人获得的样品磁悬浮角度更大,有望实现真正意义的无接触超导磁悬浮。

我只是一个热爱化学的普通高中生,所以本文也只是侧重其合成与结构,并在原论文的基础上加了一点点我的理解。其间恐怕多有疏漏,烦请斧正awa

事实上,超导的属性既包含抗磁性,又要求零电阻。现在恐怕只给出了LK-99有部分抗磁性的证明,但电学研究还不充分,无法断定韩国研究的真伪。

所以我们说:让子弹再飞一会儿罢!


【参考文献】

1. S. Lee, J. Kim, and Y.W. Kwon, arXiv: 2307.12008 (2023).

2. S. Lee, J. Kim, H.T. Kim, S. Im, S. An, K.H. Auh, arXiv: 2307.12037 (2023).

3. S. Lee, J. Kim, H.T. Kim, S. Im, S. An, K.H. Auh, J. Korean Cryst. Growth Cryst. Technol., 33, 61 (2023).


(完,2023年8月2日)

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