室温超伝導の続編はあるのでしょうか？中国チームはLK-99がマイスナー効果を持つ可能性があることを再び証明し、論文がアップロードされたばかりである。

室温超伝導に関する論文が、再びインターネット上でちょっとした騒動を引き起こした。

最近の論文で、著者らは室温で銅置換鉛アパタイト (LK-99) にマイスナー効果が存在する可能性があることを再び実証しました。

論文リンク: https://arxiv.org/pdf/2401.00999.pdf

室温では、銅で置換された鉛アパタイトは、25 Oe の磁場で反磁性 DC 磁化を示すことが観察されていますが、ゼロ磁場冷却と磁場冷却の測定値には明確な相違があり、200 Oe で常磁性になります。ガラスの記憶効果は冷却過程で発見されました。超伝導体の典型的なヒステリシス ループは、磁場の非対称な前方スイープと後方スイープにより 250 K 以下で検出されます。私たちの実験では、この材料には室温でマイスナー効果が存在する可能性があることが示されています。

理論の厳密な意味でマイスナー効果を測定できる機器は存在しないため、著者は「マイスナー効果を示す可能性がある」というより厳密な表現を使用しています。

驚くべきことに、9人の著者は世界各地から集まっています。「あきらめない人々は、職業も部署もさまざまで、世界中に散らばっていますが、常温超伝導は同じような理想を実現できるため、インターネットでつながっています。」

昨年、LK-99 が引き起こした室温超伝導ブームを人々はまだ覚えているはずだ。

LK-99は、2023年7月に韓国の研究チームによって発表された2つの論文に由来しています。研究チームは、常圧で室温超伝導材料LK-99を合成したと主張している。これは銅をドープした鉛アパタイトで、その超伝導臨界温度は水の沸点を超え、最高127℃に達する。

人類が常温・常圧で超伝導を実現できれば、電力網や電子機器、輸送手段のエネルギー効率が大幅に向上し、第4次産業革命が始まると期待されている。そのため、韓国チームが研究結果を発表した後、科学界全体がその研究に魅了されました。

各国の科学者らが韓国の「常温超伝導」物質LK-99に関する研究を発表しているが、原著者チームが主張する結果を再現することに成功しておらず、悲観的な見方をする人が増えている。

2023年末、韓国超伝導低温学会の検証委員会は、数か月にわたる検証の結果、韓国の研究チームによって以前に作られた常温超伝導体と疑われているLK-99は、超伝導の主要な特性を示さなかったと発表した。常温または低温での一連の抵抗および磁気誘導強度テストにおいて、LK-99は超伝導の兆候を示さなかった。

研究センターは、不純物が非常に少ない単結晶サンプルでは抵抗率が急激に低下したと主張しているが、多くの論文（委員会の発表前）では、再構成されたサンプル内の不純物、特に硫化銅が抵抗率の急激な低下の原因であると報告されている。

さらに、不純物を取り除いた別の単結晶サンプルのテストでは、いわゆる超伝導体は電流を通さない「非伝導体」であることが示されました。

この時点で、センセーショナルな「室温超伝導」イベントは終了したようです。

しかし、LK-99研究チームのクォン・ヨンワン氏は「私は依然としてLK-99が超伝導体であると信じている」と述べた。同氏は、わずか数か月で研究の有効性を証明することは不可能だったため、委員会は室温超伝導体を再現できなかったと考えている。

室温超伝導に非常に熱心な研究者たちは諦めていない。

この研究がアップロードされるとすぐに、多くの人が希望を再び抱きました。前回の大きな疑問は「再現できるか？」でしたが、今回は「再現できた」という答えのようです。

もちろん、この論文で使用されている材料がLK-99で使用されているものとまったく同じものであるかどうかなど、誰もが懸念している問題はまだたくさんあります。研究者たちはその超伝導性をどのように測定したのでしょうか?この論文に何が書いてあるか見てみましょう。

論文の詳細

マイスナー効果としても知られる完全反磁性は、超伝導体をテストするための基本的な基準の 1 つです。

マイスナー効果を証明するには、まず臨界温度 (Tc) より低い温度で反磁性磁化温度 (MT) 曲線を観測する必要があります。この曲線は、ゼロ磁場冷却 (ZFC) 測定と磁場冷却 (FC) 測定で分岐します。臨界温度以下で超伝導ヒステリシス磁化-磁場 (MH) サイクルを観測することも必要です。

LK-99 としても知られる銅置換鉛アパタイト (CSLA) は、室温超伝導体の新しい候補材料と考えられていますが、完全なマイスナー効果はこれまで報告されていません。 LeeらはLK-99が大きな反磁性を持つことを報告したが、Habamahoroらによれば、この反磁性はCu_2Sに由来するとのこと。

この研究では、より重要なヒステリシス ループが直流 (DC) 測定ではまだ欠落しており、マイクロ波環境でのみ観察されることが示されました。

間違いなく、DC ヒステリシスの直接観察は不可欠であり、それがこの研究の主な内容です。

過剰な銅ドーピングによって引き起こされる強磁性を防ぐために、本研究では改良された CSLA サンプルを設計し、準備しました。プロセスは次のとおりです。

リン酸と硫化鉛は共沈法により水溶液中で慎重に混合されます。次に、混合物を高圧下で 180 °C で 24 時間加熱し、溶液の pH 値を 8 に維持しました。水熱処理後、サンプルはアルゴン雰囲気中で 900 °C で 8 時間焼成されました。その後、温度を500℃まで下げ、純酸素雰囲気中で48時間焼成を続けた。その後、サンプルは酸素の存在下で室温まで冷却されました。

本研究では、MPMS-3 SQUIDを使用してサンプルのDC磁化測定を行い、その後、300 K、250 K、200 K、100 Kの温度でMH（磁化-磁場）曲線測定を実施しました。次にサンプルを 10 ケルビンまで冷却し、ゼロ磁場冷却 (ZFC) 曲線と磁場冷却 (FC) 曲線を再度測定して、超伝導体とガラスのメモリ効果 (磁気挙動の指標) を判定しました。

図 1 は、フィールド スキャンの前後の MT 曲線を示しており、明らかな ZFC-FC 分岐を示しています。すべての曲線は 25 Oe で反磁性、200 Oe で常磁性であり、これは低磁場マイクロ波吸収における下限臨界磁場 Hc1 の 30 Oe と一致しています。初期磁化後の ZFC 曲線は初期磁化前の曲線よりも低く、100 K 付近で明らかな折れ曲がりが見られます。これは、冷却中に最終的に 100 K で磁場がスイープされたときのガラス メモリ効果を示しています。 250 K 付近にも転換点があり、これを臨界温度 Tc と見なすことができます。曲線が 50 K 未満の場合、200 Oe でガラス状の挙動がより容易に観察されます。

3 つの温度での MH 曲線を図 2 に示します。強い磁場下では、信号は基本的に常磁性です。 10 Oe 未満では、典型的な超伝導ヒステリシス ループが明確に観察されますが、250 K を超えるとヒステリシスは確認されません。注目すべきは、前方スキャンと後方スキャンの間に非対称性があることです。つまり、ゼロ磁場における負のピークは正のピークよりも鋭くなります。この非対称性はマイクロ波吸収でも検出されています。

初期磁化曲線も非常に重要であるため、本研究では、図 3 にさまざまな温度での初期磁化曲線と最初の逆方向走査曲線を示します。温度が低いと、分岐点が増加し、低磁場でピークが現れ、マイスナー相が存在する可能性があることを示します。

図4は、サンプルの結晶構造がアパタイトのP63/m構造特性と一致していることを示しています。

要約すると、CSLA の反磁性は MT 曲線とヒステリシス MH ループによって調査され、250 K の範囲で観察できます。 ZFC-FC 分岐が 300 K を超えることを考慮すると、室温超伝導を観測できる可能性はまだ大きいと研究者は考えています。研究によれば、サンプルの信号はまだ非常に弱いため、より活性な成分を含む拡張可能なサンプルのさらなる合成が必要だという。

知乎の関連問題のディスカッションエリアで、著者の一人である習志熙氏は、ビデオは後日公開される予定だと述べた。

今回の結果にかかわらず、室温超伝導体の研究の進展には今後も注目が集まると思います。