LK-99 不是超导体——科学侦探如何解开这个谜团

研究人员似乎已经解决了LK-99的难题。 科学侦探工作已经发现了该材料不是超导体的证据，并阐明了其实际特性。

这一结论让人们的希望破灭了，LK-99——一种铜、铅、磷和氧的化合物——标志着第一个在室温和环境压力下工作的超导体的发现。 相反，研究表明，材料中的杂质（尤其是硫化铜）导致电阻率急剧下降和磁体上的部分悬浮，这看起来与超导体表现出的特性相似。

加州大学戴维斯分校的凝聚态实验学家 Inna Vishik 表示：“我认为事情到此已经相当决定性地解决了。”

LK-99 的传奇故事始于 7 月底，当时首尔一家初创公司量子能源研究中心的 Sukbae Lee 和 Ji-Hoon Kim 领导的团队发表了预印本1,2，声称 LK-99 是一种超导体 常压和温度至少可达 127 ℃（400 开尔文）。 所有先前证实的超导体都只能在极端温度和压力下发挥作用。

这一非凡的说法很快引起了对科学感兴趣的公众和研究人员的注意，其中一些人试图复制 LK-99。 最初的尝试没有看到室温超导的迹象，但也没有得出结论。 现在，经过数十次复制努力，许多专家自信地说，证据表明LK-99不是室温超导体。 （李和金的团队没有回应《自然》杂志的置评请求。）

积累证据
韩国团队的主张基于 LK-99 的两个特性：磁体上方的悬浮力和电阻率突然下降。 但北京大学 3 和中国科学院 4 (CAS) 的不同团队对这些现象找到了平凡的解释。

美国和欧洲研究人员的另一项研究5结合了实验和理论证据，证明了 LK-99 的结构如何使超导变得不可行。 其他实验人员合成并研究了 LK-99 的纯样品6，消除了对该材料结构的疑虑，并确认它不是超导体，而是绝缘体。

澳大利亚墨尔本莫纳什大学的物理学家迈克尔·富勒 (Michael Fuhrer) 表示，唯一进一步的确认将来自韩国团队分享他们的样本。 “他们有责任说服其他人，”他说。

也许 LK-99 超导性最引人注目的证据是韩国团队拍摄的一段视频，其中显示了一枚硬币形状的银色材料样本在磁铁上摆动。 研究小组表示，样品之所以悬浮是因为迈斯纳效应——这是超导性的一个标志，其中材料会排出磁场。 随后，多个未经证实的 LK-99 悬浮视频在社交媒体上流传，但最初试图复制这一发现的研究人员没有观察到任何悬浮现象。

半生不熟的悬浮
马萨诸塞州剑桥市哈佛大学的前凝聚态研究员 Derrick van Gennep 遇到了一些危险信号，他现在从事金融工作，但对 LK-99 很感兴趣。 视频中，样品的同一边缘似乎粘在磁铁上，而且看起来微妙地平衡。 相比之下，悬浮在磁铁上的超导体可以旋转，甚至可以倒置。 “这些行为都不像我们在 LK-99 视频中看到的那样，”van Gennep 说。

他认为 LK-99 的特性更有可能是铁磁性的结果。 因此，他用压缩石墨刨花制作了一个颗粒，上面粘有铁屑。 Van Gennep 制作的一段视频显示，他的圆盘由非超导铁磁材料制成，模仿了 LK-99 的行为。

8月7日，北京大学团队报告称，由于铁磁性，他们的LK-99样本中出现了这种“半悬浮”现象。 “这就像铁锉实验一样，”凝聚态物理学家兼研究合著者李远说。 颗粒受到升力，但不足以悬浮——仅足以在一端保持平衡。

李和他的同事测量了样品的电阻率，没有发现超导性的迹象。 但他们无法解释韩国团队所看到的电阻率急剧下降的原因。

不纯的样品
韩国作者在预印本中指出，在一个特定温度下，LK-99 的电阻率下降了十倍，从约 0.02 欧姆厘米降至 0.002 欧姆厘米。 “他们对此非常精确。 104.8°C，”伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校化学家 Prashant Jain 说道。 “我当时想，等一下，我知道这个温度。”

合成 LK-99 的反应采用不平衡的配方：每制造 1 份铜掺杂磷酸铅晶体（纯 LK-99），就会产生 17 份铜和 5 份硫。 这些残留物会产生大量杂质，尤其是硫化铜，韩国团队在其样品中报告了这种情况。

硫化铜专家 Jain 记得 104°C 是 Cu2S 发生相变的温度。 低于该温度，暴露在空气中的 Cu2S 的电阻率急剧下降，这一信号几乎与 LK-99 所谓的超导相变相同。 “我几乎不敢相信他们错过了。” Jain 发表了关于重要混杂效应的预印本7。

8 月 8 日，CAS 团队报告了 LK-99 中 Cu2S 杂质的影响。 “可以使用不同的工艺合成不同含量的 Cu2S，”中科院物理学家罗建林说。 研究人员测试了两个样品——第一个在真空中加热，产生 5% 的 Cu2S 含量，第二个在空气中加热，产生 70% 的 Cu2S 含量。

第一个样品的电阻率