「磁石の可能性が高い！」プリンストン大学のLK-99研究は北京大学の結果を支持し、38ページの論文は銅が鉛の代替品として現実的ではない可能性を示唆している

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LK-99の最新の進歩、プリンストン大学のSchoop研究室は再現に失敗し、新たな観点も提示した。

形成エネルギー計算に基づくと、鉛原子サイトに銅をドーピングすることは実現可能ではないと思われます。

特別なのは、合成されたサンプル結晶は拡大鏡で見ると透明であると彼らが言及したことです。

研究チームは磁気測定でも抵抗測定でも超伝導の兆候は見られなかった。理論計算では銅ドーピングが不安定で、電子構造は超伝導には向かず、むしろ磁性には向かうことが示された。

この38ページの論文の結論は、昨日の北京大学チームの論文の結果を裏付けています。

Pb₉Cu(PO₄)₆(OH )₂は、室温および大気圧超伝導体というよりは、磁石である可能性が高い。

この論文はまだarXivにアップロードされていないが、Googleドキュメントだけでも大きな注目を集めている。

プリンストン大学の化学・生物工学科助教授に就任するアンドリュー・S・ローゼン氏は次のように述べた。

(銅原子が鉛を置き換えるために必要な追加エネルギー) 13.9 eV であり、これは高すぎます。

なぜこの結論に基づいていくつかの再現成功例が見られるのかについて、量子材料物理学教授のマイケル・S・フューラー氏は、プリンストン大学のチームによるこの論文の真の結論は「韓国チームが提案した構造は必ずしも正確ではなく、実験における実際の材料とは異なる可能性がある」というものであるはずだと指摘した。

しかし、低温物理学者で量子システムエンジニアのヨリット・デ・ブール氏は、これは複雑な結晶の「成長」と電子理論の分野の最前線に立つ非常に有名な研究グループによって書かれた非常に詳細な論文であると考えています。

論文には、「鉛と銅の置換がいかなる合成方法でも起こる可能性が極めて低い根本的な理由」も記載されている。「もちろん、（韓国チームのサンプルのように）まったく同じ結晶ではないが、これで終わりのようだ。」

プリンストンチームは何と言っていますか?

プリンストンチームは研究の概要を次のように発表した。

• （韓国チームが）説明したプロセスに従って合成されたサンプルは多相です。
• 芯材であるアパタイト単結晶は分離可能で透明です。単結晶X線回折（SXRD）による分析は、サンプルの公表された粉末パターンと一致しました。
• 形成エネルギー計算に基づくと、鉛原子サイトに銅をドーピングすることは実現可能ではないと思われます。

さらに、韓国チームの当初の銅ドーピング構造が正しいと仮定しても、特定の構造では、局所的な平坦なエネルギーバンドにより、材料の基底状態は磁性を持つことが理論的に予測されます。

以下で詳しく見てみましょう。

実験部分では、プリンストンチームのサンプルには韓国チームのオリジナルのLK-99よりも不純物相が多かったが、主相は分離できた。

分離後の成分は、これまでのX線回折実験データ（黒）と一致しています。

分離した粉末は顕微鏡で観察すると透明です。光に対して透明であるということは、電磁場を強く吸収しないということであり、したがって導体ではない可能性が高くなります。

次に、彼らは形成エネルギー計算を一から行い、銅原子が鉛を置き換えるために必要なエネルギーが熱力学的に非常に不利であることを発見しました（下の図を参照） 。

研究チームはまた、フォノンスペクトルの第一原理計算を実行し、ドープされていない構造と銅ドープされた構造の両方に仮想フォノンモードがあり、構造が不安定であることを示していることを発見しました。

タイトバインディングモデルの計算結果によると、Cu はフェルミ準位で高密度の平坦領域を形成します。量子幾何学によれば、これは強く局在化した状態であり、超伝導の形成には役立たず、磁性を引き起こす可能性が高い。

相互作用ハミルトニアンの計算結果からも、この系には強い電子相関効果があり、それが磁性の形成には役立つものの、超伝導には役立たないことがわかります。

3 つの計算は互いに補完し合い、いずれも、このシステムには明らかに強い電子相関効果があり、それが超伝導にはつながらないことを示しています。

さらに、銅ドープ構造を調べたところ、異なる構造の材料はすべて15度の位置に新しい回折ピークを持ち、そのピークの強度は陰イオンの種類とCuのドーピング位置によって異なることがわかりました。

このピークを無視すると、Cu₂ドープPb₉Cu(PO₄)₆Oが実験データと最もよく一致し、Cuドーピング位置の構造的不確実性が示されます。

これらのシミュレーション結果に基づいて、著者らは銅がアパタイト鉱物構造に秩序正しくドープできるかどうか疑問視している。

メリーランド大学量子材料センターは論文を読んだ後、プリンストンチームに極低温条件下でのサンプルの特性のその後の測定を実施するよう提案した。

プリンストンチームは将来的に検討すると述べた。

中国科学院物理研究所も論文を発表した。

最後に、LK-99の再現・研究における最新の進捗状況をまとめます。

研究面では、北京大学のチームが昨日論文を発表した後、中国科学院物理研究所北京国家物性物理研究センターも論文を発表しました。

抵抗率と磁化率には鋭い「超伝導のような転移」と熱ヒステリシス挙動が観察されましたが、転移温度以下ではゼロ抵抗は観察されませんでした。

LK-99 のいわゆる超伝導挙動は、低温で 385 K 付近の Cu₂S の β 相から γ 相への一次構造相転移によって引き起こされる抵抗率の低下によるものである可能性が最も高いと考えられます。

実験を再現するにあたって、航空宇宙エンジニアのアンドリューさんは15グラムのサンプルをすべて調べたが、磁気反応を示す3番目の破片を見つけることができなかった。

研究者らが準備したサンプルは現在、追跡実験のため南カリフォルニア大学の学際的チームに引き渡されている。

さらに、フレキシブルプリント基板分野の日本のスタートアップ企業も実験再現の仲間入りを果たした。創業者の清水伸也氏は次のように語る。

機材はすべて揃っているので、結果が得られる確率は極めて低いですが、試してみる価値はあります。続報の時期は未定ですので、ご期待はお控えください。

国内では、Zhihuアカウント@胡豆も最新の進捗状況を更新しました。3本の石英管が炉に入り、加熱の準備が整いました。

3つ目は、コメント欄のネットユーザーの提案に従ってレシピを少し変更し、長期戦になるはずだと述べた。

さまざまなチームの実験/研究結果を検討した後、ある人が次のように結論付けました。

各チームが異なる LK-99 を生成していると思われるため、LK-99 の生成に関する情報は現時点では役に立ちません。韓国チームが直接提供したサンプルの徹底的な分析が必要です。

ウィリアム・アンド・メアリー大学のキャンパス新聞「ザ・フラット・ハット」の最新ニュースによると、韓国の研究チームはLK-99の資料をウィリアム・アンド・メアリー大学（LK-99論文の著者の一人であるキム・ヒョンドク教授が勤務）に送ったという。資料は今月到着する予定で、大学の研究チームと共同で分析を行う予定だ。

プリンストン論文: https://drive.google.com/file/d/1ekD2KVV_SUid2wH__o1ODS3hTl1GUFb5/view?pli=1

中国科学院物理研究所の論文: https://arxiv.org/abs/2308.04353