LK-99

LK-99是一种灰黑色，潛在而未經證實的室溫超導體材料。其所帶有的六方晶體結構是由铅磷灰石稍加修飾而得，据称可在以下作为超導體。韩国科学技术研究院的李石培（，）、金智勳（，）等人最先组成了团队研究该材料。纯铅磷灰石是绝缘体，但据李石培等人称形成LK-99的铜掺杂铅磷灰石是超导体，或者在更高温度下是金属。 

LK-99的化学成分约为Pb9Cu1(PO4)6O，与纯铅磷灰石 (Pb10(PO4)6O)相比，有大约四分之一的Pb2+被Cu2+离子取代。研究者稱利用Cu2+离子（87皮米）部分替代133皮米的Pb2+离子可以使材料体积减少0.48%，从而在材料内部产生内应力。


据称，该内部应力会在磷酸盐([PO4]3−)内的Pb(I)和氧之间产生异质结量子阱，从而产生超导量子阱 (SQW)。据李石培等人称，当使用化学气相沉积将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）  。

 合成 
李、金等人所示合成LK-99材料的方法如下：

通过将氧化铅 (II)（PbO）和硫酸铅 (II)（Pb(SO4)）粉末以1:1摩尔比混合混合，然后在下加热24小时制得黄铅矿。

 PbO + Pb(SO4) → Pb2(SO4)O

磷化亚铜（Cu3P）是通过将铜（Cu）和磷（P）粉末在密封管中在 10 -3托真空下度混合并以加热48小时制得 

 Cu + P → Cu3P

将制得的黄铅矿和磷化亚铜晶体研磨成粉末，以1:1摩尔比混合，置于真空度为10-3托的密封管中，在加热5至20小时，得到LK-99。此过程中，硫酸根以单质硫的形式离去。

 Pb2(SO4)O + Cu3P → Pb10-xCux(PO4)6O + S↑，其中（0.9<x<1.1）。

 命名 
LK-99之名取自发现者李石培和金智勳的名字首字母，以及发现年份1999年。

于2021年提交专利申请，2023年3月3日获得专利授权。

研究者
研究者的文章排名及机构：
李石培（）金智勳（）金鉉卓（）林成淵（）安蘇民（）權英遠（）吳根浩（）崔東植（）漢陽大學       韓國科學技術研究院       威廉與瑪麗學院         專利（2020） 1  2      專利（2021） 1  2     3  Lee & Kim+（2023a） 1  2  3  4  5  6  Lee & Kim+（2023b） 1  2   3 Lee & Kim+（2023c） 1  2  3  4  5  6  

反應
截至2023年7月26日為止，測量結果不能證明LK-99是超導體，已發布的數據沒有完全解釋LK-99的磁化強度如何變化、比熱變化或轉變溫度。LK-99對磁鐵的磁懸浮反應的解釋可能是抗磁性所致。

8月1日，美國劳伦斯伯克利国家实验室在论文中详细描述了他们如何通过计算机模拟验证的方式，证明了LK-99（改性铅磷灰石晶体结构）存在超导的可能，并给出了相应的相应的理论依据。

8月1日，中國华中科技大学的材料学院博士后武浩及博士生杨丽，在常海欣教授的指导下，聲稱首次成功復現了可半悬浮的LK-99晶体，该晶体悬浮的角度比李、金等人製成的样品磁悬浮角度更大，之后作者澄清半悬浮并不能说明验证了迈斯纳效应。

8月2日，韓國超導體和低溫學會成立了驗證委員會以調查與LK-99相關的聲明及爭議。隨後委員會指出在7月22日由李最初發布的兩篇arXiv論文及已公開發布的影片並未足以證明LK-99帶有超導性，所以無法判斷LK-99是室温超导体。

8月31日，韩国低温超导协会根据多家独立机构的验证结果，认为LK-99没有超导特性。

12月15日，權英遠在高丽大学会见记者时宣布量子能源研究所正在推出一种添加硫的新材料，表示量子能源研究所正在准备发表的论文修订版中，材料的化学式发生了变化。權英遠声称他声称室温超导体的材料和量子能源研究所声称的材料完全不同。

金鉉卓承认LK-99（PCPOO）不是超导体而是莫特绝缘体，但解释添加硫制成的PCPOSOS（Pb10-xCux(P(O1-ySy)4)6O1-zSz）在常温常压下表现出超导特性，是II型超导体，与LK-99的化学式不同。

随着量子能源研究所发布PCPOSOS，LK-99这个名字预计将不再使用。權英遠对他声称开发的室温超导体使用临时名称“”，化学式与 LK-99 相同。
复现尝试
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。

截至2023年9月中，该实验尚未完全成功复现。

图例:     
 科研院所或团队  地区  状态  结果  报导  备注 华中科技大学       博士后武浩、博士生杨丽、常海欣教授。  影片：哔哩哔哩 、哔哩哔哩（后续）   预印本：arXiv1  arXiv2 （在之后与中国科学院中国科学院过程工程研究所、华南理工大学等有进一步研究） 北京航空航天大学材料科学与工程学院       预印本：arXiv   正刊：Adv. Funct. Mater. 東南大學物理學院量子材料與器件教育部重點實驗室  侯强、魏伟、周鑫、孙悦教授、施智祥教授。  影片：哔哩哔哩   预印本：arXiv 、arXiv2   正刊：Matter  曲阜师范大学高壓科學研究團隊        知乎：科研农民工的回答 、LK-99材料尝试复现  中國科學技術大學        知乎：半导体与物理的回答  上海大学        博士研究生朱萍向媒体介绍。 北京大学、中国科学院大学等      预印本：arXiv   正刊：Sci. China: Phys. Mech. Astron. 中国科学院北京凝聚态物理国家实验室和物理研究所      预印本：arXiv 中國科學院大學物理科學學院及物理研究所北京凝聚態物理國家實驗室、武漢大學物理技術學院和松山湖材料實驗室預印本：arXiv   正刊：Phys. Rev. Mater.  南京大学       闻海虎教授表示其学生在重复实验。 預印本：arXiv   正刊：Sci. China: Phys. Mech. Astron. 北京師範大學物理系、山東師範大學物理與電子學院和多尺度自旋物理教育部重點實驗室預印本：arXiv 北京大學物理學院國際量子材料中心、量子物質協同創新中心和合肥國家實驗室      預印本：arXiv 中南大学、华南理工大学和电子科技大学預印本：arXiv 中国科学院过程工程研究所、华南理工大学、北京2060科技有限公司、华中科技大学、福州大学、東海大學和北京科技大学和預印本：arXiv          预印本：arXiv1 、arXiv2 Facebook：@Awana Vps Youtube：CMMP Dept Seminar on 16/08/2023   正刊：Supercond. Sci. Technol.印度理工學院化學系、賈瓦哈拉爾尼赫魯大學物理科學學院和印度科學教育與研究學院  預印本：arXiv 和賈瓦哈拉爾尼赫魯大學預印本：arXiv  阿贡国家实验室       Michael Norman表示，阿貢和其他地方的研究人員已經在嘗試重復該實驗。 Varda航天工業、南加州大學       Varda機器人工程師Andrew McCarlip合成。樣品將會在合成后由南加州大學進行分析。
Twitter： @andrewmccalip 、影片 休斯顿大学 預印本：arXiv 俄羅斯科學院基因生物學研究所和莫斯科工程物理學院         初級研究員 Iris Alexandra樣本由莫斯科工程物理學院進行分析。Twitter： @iris_IGB 列別捷夫物理研究所       國立臺灣大學物理學系高溫超導物理與元件應用實驗室        高溫超導物理與元件應用實驗室的王立民教授與泛科學頻道於Youtube聯合直播。
直播：Youtube1 、Youtube2 、Youtube3 預印本：arXiv 查理大學凝聚態物理系        Twitter：@CondMatfyz 
數據：Github 曼徹斯特大學          預印本：arXiv 德累斯頓工業大學和馬克斯·普朗克固態研究所  預印本：arXiv 、普林斯頓大學物理系和化學系、馬克斯普朗克固體化學物理研究所、俄勒岡大學化學與生物化學系和  、和      預印本：arXiv  首尔大学、汉阳大学、釜山大学、浦项工科大学等多家韩国大学以及机构        蔚山大學  通过分子束外延生长了LK-99薄膜，分别调整了Pb和Cu的比例。使用（RHEED）监测生长过程。使用了能量色散X射线光谱仪（EDS）进行了分析，以确定样品的化学组成。观察到在生长后暴露在空气中时电阻增加。在真空条件下（1 X 10-2 Torr）下，电阻减小。观察到温度依赖电阻中的异常跳变。馬克斯·普朗克固態研究所和萬隆理工學院數學與自然科學學院  和       預印本：arXiv 

 理論研究 
在最初的论文中，LK-99中超导性潜在机制的理论解释是不完整的。其他实验室的分析增加了更多的模拟和从第一性原理出发对电子属性材料的理论评估。

 科研院所或团队  地區  结果  报导  备注 中国科学院沈阳材料科学国家实验室    LK-99及其他變體的電子結構的第一性原理研究。   预印本：arXiv  劳伦斯伯克利国家实验室    經過密度泛函理論計算，認為存在能夠產生超導現象的電子結構，源於引入Cu而使晶格常數略有減小的結構變化。   预印本：arXiv  維也納工業大學和西北大學  和  電子結構的密度泛函理論計算顯示在摻雜時可能會支持超導性。該理論認為，如果沒有超導性，就不會出現抗磁性。   预印本：arXiv   正刊：PHYSICAL REVIEW B 科羅拉多大學波德分校、国家可再生能源实验室和伦敦国王学院  和  密度泛函理論分析得出了类似的结果。推测无论 LK-99 的实现情况如何，这一类材料（铜-氧的弱相互作用，同时最小化杂化）都有望实现高Tc超导。   预印本：arXiv  智利大學理學院物理系和納米科學與納米技術發展中心    使用密度泛函理論計算來闡明LK-99電子結構的一些關鍵特徵，發現平帶中存在較大的電子聲子耦合。   预印本：arXiv  欽奈理工學院、印度理工學院和圓周理論物理研究所  和  提出了LK-99的超导机制，認爲LK-99中的铜链充当莫特绝缘体，并与周围的绝缘元素相互作用。   预印本：arXiv  加利福尼亞大學爾灣分校和多倫多大學  和  提出了一个最小緊束縛模型，该模型再现了 LK-99 平带的主要特征，并为关于假定超导序参量对称性的讨论提供了訊息。   预印本：arXiv 西班牙能源、环境与技术研究中心、亞美尼亞國家科學院物理研究所、查普曼大學量子研究所高級物理實驗室 、和  通过提供Pb薄膜的实验数据，指出LK-99很可能是超导相和绝缘相共存的异相化合物，需要更为仔细地重新检查以确认其室温超导性。  预印本：arXiv 韩国科学技术院和約翰霍普金斯大學  和 提出一个双轨道T-J模型来描述LK-99，使用玻色子平均场理论发现一个s波超导配对。但该模型预测的临界温度较低，要解释实验需要新的机制来增大跃迁矩阵元。   预印本：arXiv 捷克科學院物理研究所    讨论了铜掺杂对磷酸铅磷灰石晶体的电荷密度波引起的对称性破缺相变，即晶体同时有金属特性、极性和手性的特殊结构。这种特殊结构可能与晶体的超导性质有关。  预印本：arXiv 蘭州大學磁學與磁性材料教育部重點實驗室    用第一性原理计算研究了LK-99的电子结构，发现铜掺杂原子与1/4占据的O1原子之间的杂化决定了LK-99的超导性。通过理论提出了改善超导性的可能方法。  预印本：arXiv 廈門大學物理系、愛荷華州立大學物理系和美國能源部埃姆斯国家实验室  和  利用第一性原理计算分析了铜掺杂磷酸铅磷灰石晶体的电子结构和磁性质，发现铜掺杂导致费米面附近出现局域的分子型Cu-O带，形成具有强烈磁性不稳定性的Cu-O簇，这些簇之间没有长程磁序，呈现出类似自旋玻璃的行为。  预印本：arXiv 日本理化学研究所RIKEN突发物质科学中心 、加州大学伯克利分校物理系和构建并分析了空间群的紧束缚模型，使用模型捕获了最近提出的具有对称强制能带交叉、窄能带和范霍夫奇点的材料能带结构的关键特征，并揭示了理论的拓扑和几何特性 。预印本：arXiv 西北大学（西安）、维也纳工业大学、伦敦国王学院、、使用二带和五带模型提供了从头推导出的紧束缚参数。认为 LK-99 为莫特或电荷转移绝缘体。同时提议掺杂对于进一步试验改进的可能性。预印本：arXiv 俄罗斯科学院、乌拉尔联邦大学、斯科尔科沃科学技术学院、莫斯科物理技术学院在离散傅里叶变换和动态平均场理论方法的框架下研究了晶体的电子结构以及相关效应。认为结构中的不规则性非常重要。此外，不能假设LK-99为简单莫铽或电荷转移绝缘体。提出电子掺杂对于将化学计量的 Pb9Cu(PO4)6O 转变为导电状态是必要的。预印本：arXiv 雅蓋隆大學理論物理研究所探讨了三角晶格拓扑超导体在存在键的无序扰动情况下的一些特殊电子态特性,特别提出了超导现象仅在特定载流子浓度范围出现,拓扑结构稳定性依赖于无序度,以及仅在特定参数范围才能实现室温超导等结论。预印本：arXiv 中國科學院物理研究所、中國人民大學物理系、寧波大學物理科學與技術學院物理系、北京師範大學物理系及高等量子研究中心和曲阜師範大學物理工程學院通过第一性原理计算探讨了Cu掺杂所致的PbPO化合物电子结构变化,提出Cu的掺杂位置和引入的3d轨道自旋极化对其性质的重要影响,解释了LK-99的电子结构以及半导体基态性质。预印本：arXiv 南方科技大學物理系和弗里堡大學物理系和计算表明LK-99的强相关电子结构难以解释其钻磁性和高温超导性能,提示这可能来源于不同化学计量比的组分。预印本：arXiv 麻省理工學院物理系和加州大學物理系提出了一个有效模型来描述铜取代铅磷灰石的低能态物理,指出了铜和氧轨道能级相近可能导致金属-绝缘体转变。预印本：arXiv 俄羅斯科學院科拉科學中心納米材料研究中心和聖彼得堡國立大學地球科學研究所晶體學系对LK-99的晶体结构进行XRD重检，认为其属三方晶系P-3空间群,c轴长加倍,引起Pb1位点分裂,结构失配传导至Pb-PO4框架,与标准磷灰石结构不同。预印本：arXiv 昆明理工大學理學院物理與工程科學研究所关于Pb9Cu(PO4)6O的第一性原理计算结果表明,考虑自旋轨道耦合后其为间接带隙半导体,电子掺杂后具有极窄的平带,这与仅考虑无自旋轨道耦合的金属状态计算结果不同。预印本：arXiv 馬克斯·普朗克固體化學物理研究所、田納西大學物理與天文學系和電氣工程與計算機科學系和利用密度泛函理论计算发现,铜掺杂磷酸钒氧Pb9CuP6O25中的Cu原子形成三角格子,与O原子形成霍金斯结构,考虑到强关联效应后计算发现其存在电荷转移绝缘状态,这有助于解释其潜在的高温超导性质。预印本：arXiv 北京大學物理學院技術物理系核物理與技術國家重點實驗室用第一性原理计算了LK-99及其母体化合物的电子结构、声子动力学和电导率。结果表明,铅氢磷灰石为绝缘体,而LK-99为半金属。LK-99的电导率存在两个极值点,400K以上C轴电导率明显增大。但两种化合物的声子都存在动力学不稳定性。预印本：arXiv 伊利諾大學厄巴納-香檳分校合成的多晶材料中含有明显的Cu2S相。Cu2S在104°C会出现相变,导致电阻率和比热容出现突变。LK-99也表现出类似的温度诱导相变。为了明确验证LK-99的超导性质,必须在不含Cu2S的条件下合成LK-99。预印本：arXiv 里約熱內盧天主教大學物理系LK-99的正常态存在独特的各向异性量子几何性质,可能与其磁性和超导机制相关。基于对Pb-Cu晶格的模型计算,发现贝利曲率和量子度规在扁平带跨越费米面处存在规律模式。曲率贡献的净轨道磁化为零,提示磁性来源不同。量子度规提示可能存在各向异性超流体刚度。预印本：arXiv 、普林斯頓大學物理系和化學系、馬克斯普朗克固體化學物理研究所、俄勒岡大學化學與生物化學系和 、和第一性原理计算表明,Cu掺杂在热力学上对该材料不利,难以获得有意义的掺杂浓度。计算还显示,在所有掺杂情况下,Cu均定位在不利于超导的带上,更可能使材料呈现铁磁性或反铁磁性,理论计算也支持这一点。預印本：arXiv 查尔姆斯理工大学化學化工系預印本：arXiv 汉堡大学、漢堡超快成像中心、西北大学、維也納工業大學和倫敦國王學院、、和預印本：arXiv 北京科技大学材料科學與工程學院和波多黎各大學工程科學與材料系和利用统计学方法，推断LK-99具备室温超导性的可能。預印本：arXiv 不列颠哥伦比亚大学物理與天文學系和斯圖爾特·布魯森量子物質研究所預印本：arXiv 山东大学物理學院晶體材料國家重點實驗室預印本：arXiv 美国海军研究实验室計算材料科學中心預印本：arXiv 美国西北大学材料科學與工程系和波特蘭州立大學機械與材料工程系預印本：arXiv 索菲亚大学預印本：ChemRxiv 伦敦国王学院預印本：arXiv 中国科学院沈阳金属研究所和中国科学技术大学材料科学与工程学院預印本：arXiv 
正刊：PHYSICAL REVIEW B印度理工学院預印本：arXiv 波兰科学院物理研究所預印本：arXiv 北京科技大学材料科学与工程学院預印本：arXiv 美国伍斯特理工学院預印本：arXiv 日本京都大学預印本：arXiv 美国爱荷华大学預印本：arXiv 英国帝国理工学院材料系正刊：ACS Energy Letters 西湖大学，圣彼得堡自旋光学实验室及德克萨斯大学达拉斯分校物理系和纳米技术研究正刊：Materials Today 四川师范大学預印本：arXiv 加州大学洛杉矶分校預印本：ChemRxiv 西湖大学預印本：SSRN 
正刊：Materials Today Communications美国爱荷华州立大学 材料科学与工程系預印本：arXiv 劍橋大學、日本東北大學、蘇恰瓦史蒂芬大帝大學、巴斯克地區大學、西班牙材料物理中心和多諾斯蒂亞國際物理中心預印本：arXiv 密歇根州立大学、普林斯頓大學、哥倫比亞大學和密西根大學安娜堡分校介绍了一种以六角晶体结构结晶名为HP-BaCoO3的新材料，认为它是一种冒充超导体的铁磁性材料的例子，甚至表现出部分悬浮的特性。随后北京大學的研究发现LK-99实际上表现出铁磁性行为，且LK-99可以展示类似于HP-BaCoO3中所观察到的部分“悬浮”现象。因此在LK-99和HP-BaCoO3的磁性行为之间进行类比，以表明后者也是铁磁性的，而不是超导体。正刊：J. Am. Chem. Soc.中國科學院磁性材料與裝置重點實驗室、浙江省磁性材料及應用技術重點實驗室、中科院寧波材料技術與工程研究所和中國科學院大學材料科學與光電工程中心預印本：arXiv中国科学院磁性材料与器件重点实验室預印本：arXiv维也纳大学,博洛尼亚大学預印本：arXiv西班牙能源环境和技术研究中心，亚美尼亚国家科学院物理研究所，美国查普曼大学量子研究所預印本：ResearchGate預印本：SSRN 武汉大学預印本：arXiv 預印本：arXiv 西班牙巴塞罗那自治大学正刊：物理 預印本：ChinaXiv 北欧理論物理学研究所、康涅狄格大学和劳伦斯伯克利国家实验室預印本：arXiv 诺丁汉大学、美国国家标准技术研究院和劳伦斯伯克利国家实验室預印本：arXiv 北京航空航天大学正刊：Nano Letters 中正大學物理所、台北科技大學光電所論證超導體的最高溫只出現在272K,此為藍道能階的限制，嚴格證明LK-99不具室溫超導。正刊：Fundamental Journal of Modern Physics 

参考文獻

 延伸阅读 





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