論文與新視頻來了，東南大學對「室溫超導」LK-99奇特電阻行為的解釋
最近，各國科學家有關韓國「室溫超導」材料 LK-99 的研究陸續出爐，持悲觀態度的人越來越多。
不過人們同時也認為，雖然可能不是超導，但 LK-99 所展現的特殊性質可能會推進凝聚態物理領域向前進步。人們對 LK-99 的認知仍遠算不上清晰，對其本質的猜測包括半導體、磁性材料、高導電無機聚合物等等不一而足。
8 月 14 日，東南大學侯強、魏瑋、周鑫、王欣悅、孫悅、施智祥等人的論文《Current percolation model for the special resistivity behavior observed in Cu-doped Apatite》提交到了預印版論文平臺 arXiv 上，這份最新研究對于 LK-99 的特性進行了一些解釋。
視頻地址：https://www.bilibili.com/video/BV19u4y1i7nu/
東南大學教授孫悅今天早上在 B 站上傳了視頻第一時間進行了解讀。有趣的是，他表示論文其實在上周四晚就已提交到 arXiv 平臺了，視頻也在那時已準備好，但可能因為話題過于敏感，論文直到周一才正式上線。
東南大學的團隊圍繞 LK-99 建立起了一種模型，來解釋它的奇特電阻行為。
論文鏈接：https://arxiv.org/abs/2308.05778
此前，在 8 月 2 日，孫悅所在的團隊表示在 110K 以下且常壓的情況下觀察到了 LK-99 的零電阻。但當時其表示這并不是室溫超導的證據，還有待進一步的探索和測量。
接下來，我們來看下孫老師這次的視頻分析。
首先是圖 1，是對 Pb10-xCux (PO4) 6O 主相及銅和硫化二銅雜質樣品的 X 射線衍射（XRD）分析，XRD 是研究晶體物質和某些非晶態物質微觀結構的有效方法，也是科研人最常用的材料表征方法之一。
東南大學制成 LK-99 樣品的 X 射線衍射圖，主相 Pb10-xCux (PO4) 6O 以及雜質相 Cu 和 Cu2S。
同時，孫老師團隊也在論文中直觀標注了樣品上可能是銅的區域。他們也對這些區域進行了仔細地分析。成分分析結果表示，下圖中這樣的紅色區域的主要成分是銅或者銅、鉛組成的島。孫老師此后的模型也是基于這樣的成分分析提出的假設。
圖 2（a）：樣品照片；（b）樣品的掃描電子顯微鏡（SEM）圖像；（c）整個樣品、（d）和（b）中紅色圓圈區域的能量色散 X 射線光譜（EDS）。（e）鉛、（f）銅和（g) 磷的能量色散 X 射線光譜圖。
其實從樣品照片（圖 2 a）上我們就能直觀地看到其中點綴著黃色的區域，很明顯是銅。為了驗證猜測，我們對材料進行仔細的 X 射線能譜（EDX）分析（圖 2f），可見銅分布并不均勻。若對指定區域（圖 2b 紅圈）分析可知銅摩爾比例超過 90%，可認為此區域基本由銅、鉛組成。
基于此分析結果，研究人員提出了假設。
以下是孫老師團隊在 LK99 上觀測到的四種特殊的電阻率行為（均在同一樣品上觀察到）。圖 3a 是很多科研團隊此前報告觀察到的半導體行為，即隨著溫度降低，電阻不斷上升，我們在大多數樣品上觀察到的都是這樣的結果。
圖 3：通過對同一樣品的不同區域進行四次測量獲得的電阻率與溫度的關系。
其中圖 3b 展示的正是孫老師在上一次視頻中提到的在 110K（約 - 163℃）以下近似零電阻的結果，其研究早些時候提交在 arXiv 上（論文《Observation of zero resistance above 100° K in Pb10?xCux (PO4) 6O》）。
孫老師也承認，上次的研究將其稱為零電阻不夠嚴謹，更為準確的說法是近似零電阻（或低于儀器分辨率的極小電阻）。
還有另外一種電阻行為，圖 3c 是 250K（約 - 23℃）的時候，電阻率抖降，但仍然不是零。此時可以觀察到一個線性下降的電阻曲線，7.1K 時電阻急速下降，研究人員認為此處和金屬鉛的性質接近（鉛的超導轉變溫度是 7.1K）。
基于這種觀察，研究人員提出一種滲流模型。簡單來說，我們可以認為在樣品內部形成了很多銅和鉛的「島」，如圖 3C。一般情況下島是互相分離的，所以會隨溫度降低呈現半導體特性。
但是若銅和鉛的區域非常密集，如圖 3f 中（但室溫下仍然是相互分離的），隨著溫度降低這些銅和鉛的島距離會逐漸接近，因此材料的電阻率會逐漸下降。這是因為電流通道上會有更多低電阻的銅和鉛起到作用。當溫度足夠低時，銅和鉛的區域互相聯通，形成了電流通路，絕大多數電流通過這種方式通行。
此時可通過四引線法檢測到電流很小，電壓也非常小，我們還會觀察到類似圖 3b 中非常小的近似零電阻情況。
另外還有一種最為極端的情況（如圖 3d）。在室溫條件下某些區域的銅和鉛連接成為通道，此時測量會顯示銅鉛通道的電阻。
以上就是東南大學團隊對于 LK-99 特殊電阻率特性的解釋。
該團隊也對磁化進行了詳細測量，并沒有發現任何邁斯納效應的信號。因此我們可以認為，在 LK-99 上目前沒有觀測到超導現象 。
圖 4：樣品的磁化強度。
在視頻的結尾，孫老師表示室溫超導是他們這樣的超導人的最終夢想和目標，他個人是愿意相信室溫超導是存在的。
雖然，這波室溫超導近乎已經被錘死。但正如孫老師所說，認為任何偉大的科學發現都不是一蹴而就的。相信通過一代一代研究人員的努力，我們終會實現室溫超導。
