中国团队又获超导重大突破！类LK-99材料展现超导性，可重复可验证

  新智元报道  

编辑：润

【新智元导读】华南理工大学，中南大学，电子科大的研究团队在一种类似LK-99的新合成材料CSLA上，通过LFMA的方式检测出了可能代表着超导相的实验数据，难道LK-99最后还没有大结局？

室温超导又有新进展？

由华南理工大学，中南大学，电子科大的研究人员12月19日在Arxiv上发表论文，宣布他们在新合成材料CSLA上测到了具有显著抗磁性磁滞回线的低场微波吸收，通过不断转动磁场方向可以令这个现象减弱直至消失。

根据团队说法，没有哪种磁性会被外磁场抵消掉，除非超导。

论文地址：https://browse.arxiv.org/html/2312.10391v1

而这篇论文讲的就是为什么这个效应能在没有测出迈斯纳效应和零电阻的条件下推断出这个材料有超导性。

用通俗一点话来讲，虽然研究人员没有测到标志着超导现象的迈斯纳效应和零电阻，但是他们用一种被称为「低场微波吸收(LFMA)」的方式来测量他们合成出的一种类似于LK-99的化合物（CSLA），发现在显著的记忆效应和居里点滞后现象。

由于目前CSLA只能合成出多相混合物，无法进行常规的电学或磁学测量来验证其超导特性。

文章采用了微波吸收光谱技术来检测样品中是否存在超导相。这是首次在CSLA中通过非常规手段观察到可能的超导迹象。

在低磁场(30-450高斯)范围内观测到正的微波吸收信号，存在明显的居里点滞后，随温度的升高信号强度急剧下降,在250K附近发生相变。

这些特征与超导体中的涡旋形成和释放过程一致。

通过旋转样品,微波吸收会消失并保持「记忆效应」，这表明涡旋状态具有玻璃态的缓慢动力学关系。这为CSLA中可能的一维强关联超导机制提供了支持。

如果CSLA样品没有超导相，就没法解释实验中观察到的这些现象，所以研究人员认为，样品物质存在超导相。

没有迈斯纳效应和零电阻，怎么判断超导性

而之前一直关注LK-99室温超导的洗芝溪教授，作为论文作者，也第一时间在知乎回复网友，用比较通俗的语言解释了他们这次实验的前因后果和一些细节。

洗教授解释为什么用LFMA时说到：

低场微波吸收（LFMA），或者叫非共振微波吸收（NRMA），是早年间对超导材料进行早筛的重要手段，像铜氧化物、碱金属掺C60等很多都是用微波先行筛选的。因为虽然能吸收微波的材料很多，水也能吸收，但是要靠静磁场来激励，这样的材料非常罕见。即使是铁，也不能是普通铁，得是经过特殊处理的铁合金纳米颗粒或薄膜。

毫无疑问，就像半导体吸收可见光一样，在磁场辅助下，对微波的光子吸收是超导能隙的重要特征之一。只不过超导能隙很小，很容易被温度的热涨落关闭，所以超导材料不像半导体那样能普遍在室温存在。但反过来想，半导体降到低温也一样不工作，所以原本用于识别低温超导的实验方法，本身也不一定能在室温适用。

现在这个新材料的特殊之处，就在于目前的工艺还很难做出纯相，或者做出纯相了反而没信号，所以如果用PPMS测，测出来一个大的顺磁信号，低场附近小小的拐一下，你说我该怎么处理？那个顺磁信号是减还是不减？不减没说服力，减了更没说服力。因此，优先测微波、测超导能隙，是目前最可靠的实施路径。

不过现在用微波的人少，可能也是因为这玩意技术含量偏高，不像PPMS那样放进样品腔傻瓜式的点几下鼠标就可以。因为每个样品的微波共振频率不同，只能靠手动机械调谐，手感很重要。

具体来说，在LFMA中，这种强顺磁信号会在正常的直流磁测量中隐藏其他信号，但可以很好地与其他信号区分开来，表明利用微波技术的优势。值得注意的是，从0 – 2600高斯，除了石英管中的铁产生的小扭结之外，还有一个值得研究的超宽吸收信号。

研究人员将这个区域分为三个阶段：低于30高斯的小平台（迈斯纳效应）、正信号（30 – 500 高斯，即漩涡玻璃vortex glass）和负信号（500 – 2600高斯）

由于超导间隙的存在以及作为激发态的相关超导涡旋，大多数超导体都具有低场微波吸收（LFMA）。更重要的是，超导体的导数LFMA与磁场呈正相关，因为在较高的磁场下会产生更多的涡流。

相比之下，虽然软磁在低场下也很活跃，但自旋矩的进动会被抑制，使得磁性材料的导数LFMA通常为负。

在研究人员的测量中，LFMA的符号总是可以通过根式信号进行校正。在研究人员的例子中，低于 500 高斯的信号都是正信号，这意味着超导性的存在。

然后，研究人员向前和向后扫描磁场，并观察到低于450高斯的显着磁滞效应，该效应与扫描速率无关。

在此场之上，完全不存在磁滞，排除了正 LFMA 和负高场信号一起构成铁磁共振 (FMR) 信号的可能性。

研究人员猜测负值是指正常状态下的磁阻效应。第一个转折点和分叉点可以实现为下临界场Hc1和Hc2 ，在这种情况下分别为30和450高斯。

为了显示完整的磁滞曲线，必须反转磁场的方向，但由于仪器的限制，研究人员只能将样本旋转到180 ∘ ，然后反转两者的符号信号和磁场，如图1（b）所示。

之后发现了一条漂亮的滞后曲线，通过该曲线可以看出，当方向反转时，信号几乎是连续的。

这些值未显示平滑，部分原因是未扣除基线。如果研究人员知道微波的吸收是通过涡流的产生来实现的，那么它们就没有足够的时间来松弛，从而导致了这种滞后现象。值得注意的是，EPR信号只不过是交流磁化率虚部的导数，即，而这种磁滞现象实际上指出了有关直流磁化强度的相关激发态的特征曲线。

因此，研究人员对信号进行积分并绘制虚的交流磁化率 x′′ 。

磁滞效应提示研究人员进一步检查磁场的其他方向。

然后，研究人员在零场下从初始角度（为方便起见定义为0度 ）旋转样品，并且每10度，磁场从0高斯扫描到5000 高斯。

如图1（c）所示，发现旋转后，LFMA迅速减小直至几乎消失，这意味着微波的吸收已饱和。

此后，无论研究人员继续将样品旋转至初始角度还是将磁场增强至9600高斯，信号都无法在短时间内更新。

这种奇怪的磁场定向记忆效应强烈消除了任何铁磁性的可能贡献，因为铁磁性无法被磁场抵消。

在250K温度下发生相变

LFMA的导数温度依赖性如图2（a）所示。滞后效应在所有温度下都是可见的，并且峰值位置几乎不改变。这种弱的温度依赖性也不支持磁响应，因为随着温度的增加，FMR将变得更尖锐并且更接近EPR峰值。

作为比较，研究人员还绘制了不同温度下的相关 EPR 光谱，通常随着温度的升高而显着降低。

图2（b）示出了「直接冷却」和「旋转冷却」的比较结果。前者是直接冷却样品，不进行任何初始磁化，后者是先将样品在磁场中旋转饱和吸收，然后冷却至200 K。

发现饱和吸收后，即使在较低的温度下，LFMA也会消失。温度，而高场负信号在一部分中恢复，再次证明它们源于不同的机制。导数LFMA的最大强度与温度的关系如图2（c）所示。

随着温度升高，它先升高，然后从 190 K 开始急剧降低，表明发生了相变。转折点在250 K左右，可以认为是临界温度 Tc 。

上述实验结果共同表明了CSLA的主要特征：正LFMA、磁场扫描期间的磁滞效应、具有奇怪的长记忆效应的旋转时的饱和吸收、具有相变的弱温度依赖性。

因此，我们将最可能的机制指定为超导涡旋。直流磁场辅助下的微波功率低场吸收指向小的超导能隙，相关的亚稳态激发态表现为涡旋。

涡旋蠕变和弛豫具有玻璃般的缓慢动力学，从而在场扫描和旋转中产生记忆效应。

由于样品处于粉末相，准一维晶格中涡旋的随机方向使得它们仅对具有适当方向的磁场做出响应。磁涡流无法被磁场杀死，因此长期存在的涡流状态只能被认为源于超导性。

网友热议

而这篇论文被搬运到Hacker News上后，也火速冲到了全站第一的位置。

Hacker News上的网友认为，「这是一个被误解的实验还是一个新发现还有待观察。无论如何，这都是科学研究中分享他们拥有的数据的过程。但公众没必要盲目炒作。」

而大量中国网友也表示，虽然我看不懂，但是作者们对于LK-99和自己研究的方向的执着和热情是值得赞扬的。

看来，这张反转图还没结束……

来源：知乎momo

参考资料：https://browse.arxiv.org/html/2312.10391v1