LK-99 （一种材料）

简介

这种材料最早是由韩国首尔大学的李锡培（韩语：이석배，英语：Sukbae Lee）及金贤卓（韩语：김지훈，英语：Ji-Hoon Kim）等研究人员发现和制造的。 该团队声称它在环境压力和低于400 K（127 °C;260 °F）下具有超导电性，当使用化学气相沉积法将LK-99应用于非磁性铜样品时，LK-99表现出完全抗磁性（迈斯纳效应）。

2023年7月22日，该团队向预印本系统arXiv上提交了名为“首个室温常压超导体”的最新研究结果；8月2日，该团队的成员表示，论文存在缺陷，系该团队中的一名成员擅自发布，目前团队已要求下架论文。据报道，这项研究其实是针对今年4月发布在韩国期刊的超导体论文《Consideration for the development of room-temperature ambient-pressure superconductor (LK-99)》的补充，并且已向国际期刊申请审查。

2023年8月1日15点，华中科技大学常海欣教授团队在B站发布视频，首次合成了可以磁悬浮的LK-99晶体，2023年8月3日凌晨1点，东南大学的孙悦教授同样在B站上发表视频，详细介绍了从制备LK-99到验证的实验全流程，该团队在110K（-163.15℃）下观测到零电阻，但放在磁铁上没有出现明显反应，磁化测量结果也没有表现出超导迹象。截至2023年8月3日，国际上已有许多团队进行复现，相关复现都没有观察到其具有超导性，LK-99的合成及其在室温下的超导性观察仍有待后续复现和同行评审。2023年8月8日，北京大学量子材料科学中心（ICQM）的研究团队位发布的一篇论文显示，其团队合成出来的与韩国团队论文主成分一致的LK-99材料，不具备超导性。同年8月9日，预印本网站arXiv平台又新增了几篇关于室温超导的文章，其中有两篇分别来自于北京凝聚态物理国家研究中心和中国科学院物理研究所的团队，以及中国科学院物理研究所、中国人民大学等机构的团队。两篇论文内容均显示，LK-99并不能被证明为室温超导。

制备过程

李锡培等人提供了一种化学合成LK-99材料的方法 ：

通过将氧化铅

相关机理

铜掺杂铅磷灰石的化学式为CuO₂₅P₆Pb₉，在结构上LK-99的中心是由多层不对称的Pb离子（简称Pb(1)）排列所组成的圆柱界面，外层则是由Pb离子（简称Pb(2)）混合磷酸根（PO₄）的绝缘网络所包围，在铜掺杂的过程中约四分之一的Pb(2)离子（133皮米）被Cu离子（87皮米）取代。研究者称两者原子半径的差异使材料体积减少0.48%，在材料内部产生内应力，内应力导致界面之中的Pb(1)离子与邻近氧原子之间产生超导量子阱（SQW），而电子在超导量子阱之间的隧穿效应致使此材料产生超导性。

李锡培等人声称当使用化学气相沉积法将LK-99应用于非磁性铜样品时，LK-99表现出完全抗磁性（迈斯纳效应）。 纯铅磷灰石本身是绝缘体，但李锡培等人制作的铜掺杂铅磷灰石是超导体，或者在较高温度下是金属。

该论文的机制基于Hyun-Tak Kim在2021年的一篇论文，该论文描述了一种新的“BR-BCS”超导理论，将金属-绝缘体转变的经典理论与标准的BCS超导理论相结合。他们还使用了J.E.Hirsch的空穴超导理论的思想。

在最初的论文中，LK-99能够展现超导性的潜在机制并未经完整理论解释；其他实验室运用了第一性原理计算及密度泛函理论计算等方法研究其电子结构和属性，补充了更多的模拟及理论评估数据。

2023年7月29日，中国科学院金属研究所研究员刘培涛在预印本网站arXiv上提交了标题为《关于 Pb_10-xCu_x(PO₄)₆O (x=0, 1) 电子结构的第一性原理研究》（First-principles study on the electronic structure of Pb_10−xCu_x(PO₄)₆O (x=0, 1) ）的论文，该论文使用第一性原理计算研究了LK-99及其母体化合物的电子结构，结果表明，母体化合物Pb₁₀（PO₄）₆O是绝缘体，而铜的掺杂会引起绝缘体-金属转变，从而引起体积收缩；LK-99在费米能级附近的能带结构具有半填充平坦带和全占据平坦带的特征，这两个平坦带既来自1/4占据的氧原子的2p轨道，也来自Cu的3d轨道与其最近相邻氧原子的2p轨道的杂化；研究团队在上述两个平坦带上观察到四个范霍夫奇点，这表明在低温下电子对结构畸变的不稳定性。

2023年8月1日，劳伦斯伯克利国家实验室的西纳德·格里芬（Sinéad Griffin）用维也纳全始计算模拟包（Vienna Ab initio Simulation Package）分析了LK-99，表明它的结构与孤立的平带相关，这是高转变温度超导体的特征之一。Si和Held发现了类似的平坦能带，并对掺杂变化的影响做出了推测。

西北大学物理学院教授司良等人的研究《Electronic structure of the putative room-temperature superconductor Pb₉Cu (PO₄)₆O》其中说道：“电子结构可能支持平带超导性或相关增强的电子 - 声子机制，而没有超导性的抗磁体似乎与我们的结果相当不一致。”

相关名称

LK-99之名取自发现者李锡培和金贤卓，两人最初在1990年代与韩国高丽大学的崔东植教授合作，2008年量子能源研究中心由高丽大学研究人员成立。

相关发表

2020年，美国罗切斯特大学兰格·迪亚斯（Ranga Dias）教授领导的研究团队向《自然》杂志提交了一篇初始论文，声明他们在100万倍大气压的压力下研发出室温超导体，但论文被撤回说不可能重现；2023年在《自然》杂志上再次发表了有关室温超导体的论文，但2021年发表在国际学术期刊《物理评论快报》上的论文再次因数据操纵而被撤回，受到怀疑。

李锡培和金贤卓于2021年提交专利申请，2023年2月，量子能源研究中心（Q-Centre）在YouTube上发布了一段视频，声称展示了热沉积在铜板上的LK-99薄层的磁性。 2023年3月3日获得专利授权。2023年3月31日，一份题为“关于开发室温常压超导体（LK-99）的考虑”的韩文论文提交给了《韩国晶体生长与晶体技术杂志》。 它于4月18日被接受，但直到三个月后才被广泛阅读。2023年4月4日，韩国商标局提交了“LK-99”的商标申请。

2023年7月22日，两张预印本出现在arXiv上;其中一份将权英完（英文名：Young-Wan Kwon）列为第三作者。第二份预印本第三作者为Hyun-Tak Kim；就论文本身内容来看，第二篇更为详尽。7月23日，领导这项研究的量子能源研究所首席执行官李锡培提交给《ALP Materials》进行同行审查。

团队成员之一李锡培7月28日在接受韩联社采访时说：“在没有征得其他作者允许的情况下，权英完教授擅自将其发表，(团队)已经要求(arXiv)将论文下架。”他还称，这项研究是针对今年4月发布在韩国期刊的超导体论文的补充，已向国际期刊申请审查。团队将把研究成果整理后发送给正式的学术期刊，还要经过同行评审程序，很快就会得到学界评价；金贤卓在接受美国科学媒体采访时同样证实，论文还存在“很多缺陷”，是在未经他本人允许的情况下发表的。2023年8月1日，Q-Centre的一名代表告诉SBS新闻，论文中引用的原始样本将很快向世界公布以供验证。

相关反应

截至2023年8月3日，未有测量结果证明LK-99是超导体，已发布的数据亦无完全解释LK-99的磁化强度如何变化，或阐明其比热及接近临界温度时的数据趋势。

有物理学家指出LK-99对磁铁的磁悬浮反应可能只是抗磁性所致，也有物理学家指出两篇论文中关于磁化率的数据明显不一致。也有多位相关专家对此表示怀疑，如：南京大学物理学院教授闻海虎表示，所谓的超导极有可能是个假象；英国牛津大学材料系教授斯佩勒（Susannah Speller）表示，目前下定论还为时过早，他们还没有得到这些样本超导性的有力证据，因为缺乏超导性的明确标志，如磁场响应和热容量；上海市超导材料及系统工程研究中心主任、超导应用研究专家洪智勇在7月30日上午东吴电子举办的内部电话会上表示，近期韩国研究团队公布的超导体极大概率不是室温超导。

在LK-99的两篇论文于7月22日首次在预印本网站公开约一周后，至少又有三篇与LK-99相关的新论文在arXiv上公开；其中两篇来自中国，分别由来自北京航空航天大学材料科学与工程学院和中国科学院金属研究所沈阳材料科学国家研究中心的科研人员完成，但均未证实韩国团队的说法。8月1日，华中科技大学常海欣教授证实，B站“潜在室温超导材料”验证视频出自所属团队，视频称该校材料学院成功首次验证合成了可以磁悬浮的LK-99晶体。8月2日，韩国超导与低温学会成立了一个验证委员会，回应LK-99的争议和未经验证的说法，结论是：两篇论文中提供的数据和公开视频并不支持LK-99是室温超导体的说法。8月3日，韩国超导低温学会经过科学研判后得出结论认定“LK-99”不是超导体，因为实验材料没有表现出“迈斯纳现象”。8月4日，韩国团队第二篇论文三作放出了第二个LK-99半悬浮视频。华科大团队也在arXiv上发表论文，作者成功合成LK-99，在室温大气压下观察到了样品之一的迈斯纳磁悬浮现象，并排除了铁磁性影响，这表明了LK-99存在潜在的超导机理。同日，韩国室温超导论文作者之一的金贤德（Hyun-Tak Kim）放出一段新视频，展示了悬浮的LK-99样本。可以看到，视频中的LK-99样本呈半均匀的矩形棱柱，与之前论文的这块有明显不同。而且更重要的是，样本在室温25.8°C成功悬浮了。

相关复现

截至2023年8月，该实验尚未完全成功复现，尽管最初的实验已在2020年完成。2023年7月论文发布后，全世界各地的实验室开始尝试对该实验进行复现。 预计在几周内，这些复现测试结果将逐步公布。

争议事件

2023年8月6日晚，北京科技大学一名硕士发布疑似LK-99完全悬浮的视频引发热议。但半小时后删视频和账号。

2023年8月7日中午，该视频当事人发文道歉称：“昨天本人发的视频所用的样品并非LK-99，无超导性，视频标题只是为了博人眼球，给大家造成误会，个人深表歉意。在此向大家保证，今后一定吸取教训，谨言慎行。 ”

2023年8月8日，该视频当事人二次回应视频造假：“样品为实验所得 非LK -99 原视频标题有误，再次向大家致歉。”

注释

最初发表的文章并没有声称已经看到了超导性，零电阻和迈斯纳效应的明确特征，但显示了材料表现出强烈的抗磁性，包括材料样品部分悬浮在大型磁体顶部的视频，这与超导性有关（迈斯纳效应）。

1957 年，三位科学家 Bardeen、Cooper 和 Schrieffer 提出了著名的 BCS 理论解释超导现象。BCS 理论认为，在低温下，材料中存在着电子之间的相互吸引力，而这种吸引力会导致电子形成一种特殊的配对状态，被称为 Cooper 对；在正常条件下，电子之间会相互碰撞，导致电阻。但在超导态下，这些电子抱团形成的 Cooper 对不会像单个电子那样随机运动，而是以一种集体的方式协同运动，此时Cooper 对可以成团地在晶格之间穿梭，不会受到晶格的干扰，这就是为什么超导体在低温下能够无阻碍地传导电流。