もう終わりですか？ LK-99は単なる強磁性体であり、超伝導体ではない。北京大学などの研究論文が発表された。

これまで、韓国における常温超伝導の再現に関する多くの研究で示された重要な指標は、常温常圧の条件下で、材料が永久磁石の磁場内で半浮遊現象を示すという観察である。

観察によりサンプルの一部が室温でマイスナー効果を示すことが示されていますが、サンプルの一部がまだ支持面と接触しているため、この懸濁液は「半分」懸濁液であるとしか考えられません。実際、超伝導体の最も重要な2つの特性であるマイスナー効果とゼロ抵抗は、既知の定量的測定ではまだ完全に実証されておらず、再現されていません。そのため、LK-99が真の室温超伝導体であるかどうかを検証する際の不確実性が高まっています。

本日、北京大学量子材料センター（ICQM）の郭開珍、賈爽らがプレプリントプラットフォームarXivに提出した論文によると、同チームが合成を試みたLK-99サンプルには超伝導性がなかったという。

室温超伝導を長年追いかけてきたツイッターブロガーのアレックス・カプラン氏は、今朝この論文に気づき、この室温超伝導の結果は基本的に確定したと考えた。「北京大学の最新の研究によると、LK-99はおそらく単なる強磁性体であり、それがその懸濁特性を説明できる。」

同時に、メリーランド大学の CMTC 凝縮物質理論センターも、「非常に悲しいことですが、ゲームは終わったと考えています。LK-99 は室温 (または非常に低い温度) でも超伝導体ではありません。非常に高い抵抗を持つ劣悪な材料です。事実と争っても意味がありません。データが語っています。」と述べています。

次に、論文に何が書かれているかを見てみましょう。

• 論文: LK-99 類似合成サンプルの強磁性半浮上
• 論文リンク: https://arxiv.org/abs/2308.03110 • 論文リンク: https://arxiv.org/abs/2308.03110

論文の詳細

この研究で、研究者らはLK-99に似た多結晶サンプルの合成に成功し、いくつかの小片で磁気半浮上現象を観察することに成功した。粉末X線回折とエネルギー分散型X線分光法を用いて、サンプルの組成が韓国チームの研究と一致していることを確認した。国内チームは成長したサンプルの磁化と抵抗を測定し、仮定なしにその特性を分析した。

北京大学の研究者らは、いくつかの磁化測定によりサンプルが小さな磁場では反磁性を示す可能性があることが示されたものの、この反磁性反応が磁場の増加（重力に逆らって吊り下げられる点まで）とともに増加するかどうかは確認されていないと述べた。反磁性は多くの絶縁体で一般的であり、マイスナー効果と同等ではないことに注意する必要があります。一部の強磁性システムでは、外部磁場の方向が物質の内部磁化の方向と反対の場合、非常に小さな磁場でも反磁性のように見える信号が検出されることがあります。

さまざまな完成品に対して行われた磁化測定では、磁場依存の磁化における小さなヒステリシス ループの存在を特徴とする柔らかい強磁性成分が遍在していることが示されました。具体的には、100 K でバルク上で測定された磁場依存磁化曲線 (半浮上を示さない) は、強磁性挙動と線形反磁性挙動の重ね合わせとして見ることができます。

しかし、半浮上状態を示した小さくて薄いサンプルでは、​​10 Oe で小さな反磁性信号がまだ観測されているものの (他の研究の報告と一致している)、反磁性応答は、より高い強度での強磁性応答によってすぐに圧倒されました。この観察と、小さなサンプルに関連する形状異方性の分析に基づいて、研究者は、半浮上状態の原因を、サンプルが強い外部磁場に対して強磁性応答を示すこととしました。

また、他の研究機関が以前に報告したように、北京大学が再現を試みたサンプルの抵抗は超伝導特性を示さず、代わりに他の報告と一致する半導体特性が観測された。

強磁性成分と半導体特性の観察を考慮すると、この研究は、LK-99 における室温超伝導の存在が厳密に検証される必要があることを示唆している。特に、著者らは、異方性形状のサンプルの半浮上現象の観察は、強磁性の慎重な調査によって説明されるはずだと指摘している。超伝導の追求に加えて、この Pb-Cu-PO 系の室温での強磁性特性は、物理学者によるさらなる理解に値するかもしれません。

図1: サンプルのX線回折パターン。ピークの位置は韓国の研究とほぼ同じであることがわかります。

図S1：北京大学で作製されたPb10−xCux（PO4）6O成長生成物。

非半懸架サンプルS1の磁化強度を測定した結果、外部磁場が10 Oeのとき、磁化対温度（MT）のFC曲線とZFC曲線はともに正の磁気モーメントと明らかな分岐を示した。磁場が 10 kOe に増加すると、図 2b に示すように、FC MT 曲線と ZFC MT 曲線は正のままで互いに一致します。

FC 曲線と ZFC 曲線の分岐形態は、通常、強磁性材料、スピン グラス材料、超伝導体に現れ、スピン グラス状態は低温でより一般的です。

図2: サンプルS1の磁化。

この観察により、我々は強磁性成分の存在を認識するに至りました。これをさらに調査するために、研究者らは図 2c に示すように 100 K と 300 K で磁場依存の磁化測定を実施しました。外部磁場は 0 kOe から 70 kOe まで増加し、その後 70 kOe から - 70 kOe まで減少し、最後に - 70 kOe から 70 kOe まで再び増加します。両方の温度で同様の動作が観察されました。磁場が 0 から 1500 Oe に増加すると、磁化は磁場の増加とともに増加し、その後、磁化は磁場の増加とともにほぼ直線的に減少し、負になることもあります。

この現象は、サンプルS1に大量の絶縁成分が存在することを示しています。低磁場データを注意深く調べた結果、明確なヒステリシス ループが出現し (図 2d)、強磁性相の存在がさらに確認されました。

100 K を例にとり、測定データから MH の線形反磁性部分を単純に減算してみます (図 3)。反磁性バックグラウンドを差し引いた残りの部分は、20 kOe を超えると典型的な飽和を示します。いくつかの反磁性材料をサンプル S1 と比較しました。減算された反磁性磁化率（∼ -2 × 10^−6 emu/g）は、ビスマス（∼ -1.6 × 10^−6 emu/g）や水（∼ -10^−7 emu/g）よりも大きいが、ビスマス熱分解炭素（∼ -4 × 10^−6 emu/g）よりも小さいため、この部分は超伝導に由来するものではないことがわかります。

図3: 100 KにおけるサンプルS1の磁場依存磁化（黒曲線）。

研究者らが粒子サンプルS2の磁化強度を測定したところ、Nd2Fe14B磁石が近づくと粒子サンプルS2が揺れ始めることが分かりました（図S3参照）。サンプルが小さすぎて正確に計量できないため、図4の縦軸の単位はそのまま「emu」と表記されています。 MT 曲線の FC および ZFC 測定では、サンプル S1 と同様の正の値と同様の分岐が示されています。これは、S1 と S2 が同様の磁気組成を持つことを示しています。しかし、他の多くのサンプルは Nd2Fe14B 磁石に反応を示さず、中には S2 よりも反応が弱いものもありました。著者らは、これはサンプルの不均一性に関係している可能性があり、サンプルのサイズ、組成、または形状が適切であれば半懸濁状態が達成される可能性があると考えています。

図 S3: 厚い紙の下の永久磁石に対するサンプル S2 の応答のリアルタイム デモンストレーション。

図4: サンプルS2の磁化。

最後に、著者らは、Nd2Fe14B磁石上に半磁性懸架状態にあるサンプルS3（半懸架）の磁化強度を測定した。まず、10 Oe で 100 K から 300 K までの MT 曲線に対して FC 測定を実行しました。 FC曲線（黒い曲線）の磁化強度は図5（a）で明らかな負の値を示しており、300 K以下の温度ではほとんど変化しません。これは、この研究を再現する他の試みで得られた結果と一致しています。

図5: サンプルS3の磁化。

しかし、MTのZFC測定の前に、研究者らは100Kでの磁場依存磁化の測定を行った（図5（b）参照）。磁場が 0 から 1500 Oe に増加すると、磁化は負から正に増加します。図5(c)の黒い曲線はこのプロセスの拡大図です。サンプル S1 および S2 とは異なり、磁場が 1500 Oe を超えて増加すると、磁化は磁場の増加とともに減少せず、より低い傾斜で増加します。

研究者らは、半浮上はサンプルに作用する正味の揚力ではなく、磁気モーメントによって引き起こされたと結論付けた。サンプルの反磁性応答はこの現象において重要な役割を果たしません。しかし、著者らはまた、この研究の説明ではサンプルの形状が異方性である必要があるため、等方性形状のサンプルが依然として半浮遊状態にある場合、反磁性の役割がさらに重要になる可能性があると指摘している。

実際、本研究のサンプル S2 はこのタイプに属しますが、図 S3 に示すように、磁石の動きによってサンプルが吊り下げられるのではなく、わずかに揺らされるだけです。最後に、著者らは、処理されたサンプルの強磁性の強さは、サンプルを半浮上させるのに十分であるように見えるが、同じ磁石でサンプルを上から持ち上げて自重を克服するには十分ではないと指摘している。

本日arXivに掲載された論文により、物理学界がLK-99詐欺に関して「無罪を推定する」ことがますます困難になったと思われる。

北京大学の研究に加え、南洋理工大学とインドの国立物理学研究所（NPL）も論文を提出しており、どちらも作製されたLK-99に超伝導特性があることは発見されなかったと述べている。

論文アドレス: https://arxiv.org/pdf/2308.03544.pdf

おそらく、この室温超伝導の波は終焉を迎えるだろう。本当の室温超伝導革命はもう少し待たなければならないだろう。