室溫超導又有新進展？

由華南理工大學，中南大學，電子科大的研究人員12月19日在Arxiv上發表論文，宣布他們在新合成材料CSLA上測到了具有顯著抗磁性磁滯回線的低場微波吸收，通過不斷轉動磁場方向可以令這個現象減弱直至消失。

根據團隊說法，沒有哪種磁性會被外磁場抵消掉，除非超導。

論文地址：https://browse.arxiv.org/html/2312.10391v1

而這篇論文講的就是為什么這個效應能在沒有測出邁斯納效應和零電阻的條件下推斷出這個材料有超導性。

用通俗一點話來講，雖然研究人員沒有測到標志著超導現象的邁斯納效應和零電阻，但是他們用一種被稱為「低場微波吸收(LFMA)」的方式來測量他們合成出的一種類似于LK-99的化合物（CSLA），發現在顯著的記憶效應和居里點滯后現象。

由于目前CSLA只能合成出多相混合物，無法進行常規的電學或磁學測量來驗證其超導特性。

文章采用了微波吸收光譜技術來檢測樣品中是否存在超導相。這是首次在CSLA中通過非常規手段觀察到可能的超導跡象。

在低磁場(30-450高斯)范圍內觀測到正的微波吸收信號，存在明顯的居里點滯后，隨溫度的升高信號強度急劇下降,在250K附近發生相變。

這些特征與超導體中的渦旋形成和釋放過程一致。

通過旋轉樣品,微波吸收會消失并保持「記憶效應」，這表明渦旋狀態具有玻璃態的緩慢動力學關系。這為CSLA中可能的一維強關聯超導機制提供了支持。

如果CSLA樣品沒有超導相，就沒法解釋實驗中觀察到的這些現象，所以研究人員認為，樣品物質存在超導相。

沒有邁斯納效應和零電阻，怎么判斷超導性

而之前一直關注LK-99室溫超導的洗芝溪教授，作為論文作者，也第一時間在知乎回復網友，用比較通俗的語言解釋了他們這次實驗的前因后果和一些細節。

洗教授解釋為什么用LFMA時說到：

低場微波吸收（LFMA），或者叫非共振微波吸收（NRMA），是早年間對超導材料進行早篩的重要手段，像銅氧化物、堿金屬摻C60等很多都是用微波先行篩選的。因為雖然能吸收微波的材料很多，水也能吸收，但是要靠靜磁場來激勵，這樣的材料非常罕見。即使是鐵，也不能是普通鐵，得是經過特殊處理的鐵合金納米顆粒或薄膜。

毫無疑問，就像半導體吸收可見光一樣，在磁場輔助下，對微波的光子吸收是超導能隙的重要特征之一。只不過超導能隙很小，很容易被溫度的熱漲落關閉，所以超導材料不像半導體那樣能普遍在室溫存在。但反過來想，半導體降到低溫也一樣不工作，所以原本用于識別低溫超導的實驗方法，本身也不一定能在室溫適用。

現在這個新材料的特殊之處，就在于目前的工藝還很難做出純相，或者做出純相了反而沒信號，所以如果用PPMS測，測出來一個大的順磁信號，低場附近小小的拐一下，你說我該怎么處理？那個順磁信號是減還是不減？不減沒說服力，減了更沒說服力。因此，優先測微波、測超導能隙，是目前最可靠的實施路徑。

不過現在用微波的人少，可能也是因為這玩意技術含量偏高，不像PPMS那樣放進樣品腔傻瓜式的點幾下鼠標就可以。因為每個樣品的微波共振頻率不同，只能靠手動機械調諧，手感很重要。

具體來說，在LFMA中，這種強順磁信號會在正常的直流磁測量中隱藏其他信號，但可以很好地與其他信號區分開來，表明利用微波技術的優勢。值得注意的是，從0 – 2600高斯，除了石英管中的鐵產生的小扭結之外，還有一個值得研究的超寬吸收信號。

研究人員將這個區域分為三個階段：低于30高斯的小平臺（邁斯納效應）、正信號（30 – 500 高斯，即漩渦玻璃vortex glass）和負信號（500 – 2600高斯）

由于超導間隙的存在以及作為激發態的相關超導渦旋，大多數超導體都具有低場微波吸收（LFMA）。更重要的是，超導體的導數LFMA與磁場呈正相關，因為在較高的磁場下會產生更多的渦流。

相比之下，雖然軟磁在低場下也很活躍，但自旋矩的進動會被抑制，使得磁性材料的導數LFMA通常為負。

在研究人員的測量中，LFMA的符號總是可以通過根式信號進行校正。在研究人員的例子中，低于 500 高斯的信號都是正信號，這意味著超導性的存在。

然后，研究人員向前和向后掃描磁場，并觀察到低于450高斯的顯著磁滯效應，該效應與掃描速率無關。

在此場之上，完全不存在磁滯，排除了正 LFMA 和負高場信號一起構成鐵磁共振 (FMR) 信號的可能性。

研究人員猜測負值是指正常狀態下的磁阻效應。第一個轉折點和分叉點可以實現為下臨界場Hc1和Hc2 ，在這種情況下分別為30和450高斯。

為了顯示完整的磁滯曲線，必須反轉磁場的方向，但由于儀器的限制，研究人員只能將樣本旋轉到180 ° ，然后反轉兩者的符號信號和磁場，如圖1（b）所示。

之后發現了一條漂亮的滯后曲線，通過該曲線可以看出，當方向反轉時，信號幾乎是連續的。

這些值未顯示平滑，部分原因是未扣除基線。如果研究人員知道微波的吸收是通過渦流的產生來實現的，那么它們就沒有足夠的時間來松弛，從而導致了這種滯后現象。值得注意的是，EPR信號只不過是交流磁化率虛部的導數，即，而這種磁滯現象實際上指出了有關直流磁化強度的相關激發態的特征曲線。

因此，研究人員對信號進行積分并繪制虛的交流磁化率 x′′ 。

磁滯效應提示研究人員進一步檢查磁場的其他方向。

然后，研究人員在零場下從初始角度（為方便起見定義為0度 ）旋轉樣品，并且每10度，磁場從0高斯掃描到5000 高斯。

如圖1（c）所示，發現旋轉后，LFMA迅速減小直至幾乎消失，這意味著微波的吸收已飽和。

此后，無論研究人員繼續將樣品旋轉至初始角度還是將磁場增強至9600高斯，信號都無法在短時間內更新。

這種奇怪的磁場定向記憶效應強烈消除了任何鐵磁性的可能貢獻，因為鐵磁性無法被磁場抵消。

在250K溫度下發生相變

LFMA的導數溫度依賴性如圖2（a）所示。滯后效應在所有溫度下都是可見的，并且峰值位置幾乎不改變。這種弱的溫度依賴性也不支持磁響應，因為隨著溫度的增加，FMR將變得更尖銳并且更接近EPR峰值。

作為比較，研究人員還繪制了不同溫度下的相關 EPR 光譜，通常隨著溫度的升高而顯著降低。

圖2（b）示出了「直接冷卻」和「旋轉冷卻」的比較結果。前者是直接冷卻樣品，不進行任何初始磁化，后者是先將樣品在磁場中旋轉飽和吸收，然后冷卻至200 K。

發現飽和吸收后，即使在較低的溫度下，LFMA也會消失。溫度，而高場負信號在一部分中恢復，再次證明它們源于不同的機制。導數LFMA的最大強度與溫度的關系如圖2（c）所示。

隨著溫度升高，它先升高，然后從 190 K 開始急劇降低，表明發生了相變。轉折點在250 K左右，可以認為是臨界溫度 Tc 。

上述實驗結果共同表明了CSLA的主要特征：正LFMA、磁場掃描期間的磁滯效應、具有奇怪的長記憶效應的旋轉時的飽和吸收、具有相變的弱溫度依賴性。

因此，我們將最可能的機制指定為超導渦旋。直流磁場輔助下的微波功率低場吸收指向小的超導能隙，相關的亞穩態激發態表現為渦旋。

渦旋蠕變和弛豫具有玻璃般的緩慢動力學，從而在場掃描和旋轉中產生記憶效應。

由于樣品處于粉末相，準一維晶格中渦旋的隨機方向使得它們僅對具有適當方向的磁場做出響應。磁渦流無法被磁場殺死，因此長期存在的渦流狀態只能被認為源于超導性。

網友熱議

而這篇論文被搬運到Hacker News上后，也火速沖到了全站第一的位置。

Hacker News上的網友認為，「這是一個被誤解的實驗還是一個新發現還有待觀察。無論如何，這都是科學研究中分享他們擁有的數據的過程。但公眾沒必要盲目炒作。」

而大量中國網友也表示，雖然我看不懂，但是作者們對于LK-99和自己研究的方向的執著和熱情是值得贊揚的。