室溫超導(dǎo)又有新進(jìn)展？

由華南理工大學(xué)，中南大學(xué)，電子科大的研究人員12月19日在Arxiv上發(fā)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(zhuǎn)動磁場方向可以令這個現(xiàn)象減弱直至消失。

根據(jù)團(tuán)隊說法，沒有哪種磁性會被外磁場抵消掉，除非超導(dǎo)。

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(yīng)能在沒有測出邁斯納效應(yīng)和零電阻的條件下推斷出這個材料有超導(dǎo)性。

用通俗一點話來講，雖然研究人員沒有測到標(biāo)志著超導(dǎo)現(xiàn)象的邁斯納效應(yīng)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(fā)現(xiàn)在顯著的記憶效應(yīng)和居里點滯后現(xiàn)象。

由于目前CSLA只能合成出多相混合物，無法進(jìn)行常規(guī)的電學(xué)或磁學(xué)測量來驗證其超導(dǎo)特性。

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

在低磁場(30-450高斯)范圍內(nèi)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(fā)生相變。

這些特征與超導(dǎo)體中的渦旋形成和釋放過程一致。

通過旋轉(zhuǎn)樣品,微波吸收會消失并保持「記憶效應(yīng)」，這表明渦旋狀態(tài)具有玻璃態(tài)的緩慢動力學(xué)關(guān)系。這為CSLA中可能的一維強關(guān)聯(lián)超導(dǎo)機制提供了支持。

如果CSLA樣品沒有超導(dǎo)相，就沒法解釋實驗中觀察到的這些現(xiàn)象，所以研究人員認(rèn)為，樣品物質(zhì)存在超導(dǎo)相。

沒有邁斯納效應(yīng)和零電阻，怎么判斷超導(dǎo)性

而之前一直關(guān)注LK-99室溫超導(dǎo)的洗芝溪教授，作為論文作者，也第一時間在知乎回復(fù)網(wǎng)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(xì)節(jié)。

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(dǎo)材料進(jìn)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(jīng)過特殊處理的鐵合金納米顆?；虮∧?。

毫無疑問，就像半導(dǎo)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(dǎo)能隙的重要特征之一。只不過超導(dǎo)能隙很小，很容易被溫度的熱漲落關(guān)閉，所以超導(dǎo)材料不像半導(dǎo)體那樣能普遍在室溫存在。但反過來想，半導(dǎo)體降到低溫也一樣不工作，所以原本用于識別低溫超導(dǎo)的實驗方法，本身也不一定能在室溫適用。

現(xiàn)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(yōu)先測微波、測超導(dǎo)能隙，是目前最可靠的實施路徑。

不過現(xiàn)在用微波的人少，可能也是因為這玩意技術(shù)含量偏高，不像PPMS那樣放進(jìn)樣品腔傻瓜式的點幾下鼠標(biāo)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(diào)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(qū)分開來，表明利用微波技術(shù)的優(yōu)勢。值得注意的是，從0 – 2600高斯，除了石英管中的鐵產(chǎn)生的小扭結(jié)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(qū)域分為三個階段：低于30高斯的小平臺（邁斯納效應(yīng)）、正信號（30 – 500 高斯，即漩渦玻璃vortex glass）和負(fù)信號（500 – 2600高斯）

由于超導(dǎo)間隙的存在以及作為激發(fā)態(tài)的相關(guān)超導(dǎo)渦旋，大多數(shù)超導(dǎo)體都具有低場微波吸收（LFMA）。更重要的是，超導(dǎo)體的導(dǎo)數(shù)LFMA與磁場呈正相關(guān)，因為在較高的磁場下會產(chǎn)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(jìn)動會被抑制，使得磁性材料的導(dǎo)數(shù)LFMA通常為負(fù)。

在研究人員的測量中，LFMA的符號總是可以通過根式信號進(jìn)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(dǎo)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(yīng)，該效應(yīng)與掃描速率無關(guān)。

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

研究人員猜測負(fù)值是指正常狀態(tài)下的磁阻效應(yīng)。第一個轉(zhuǎn)折點和分叉點可以實現(xiàn)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(zhuǎn)磁場的方向，但由于儀器的限制，研究人員只能將樣本旋轉(zhuǎn)到180 ° ，然后反轉(zhuǎn)兩者的符號信號和磁場，如圖1（b）所示。

之后發(fā)現(xiàn)了一條漂亮的滯后曲線，通過該曲線可以看出，當(dāng)方向反轉(zhuǎn)時，信號幾乎是連續(xù)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(chǎn)生來實現(xiàn)的，那么它們就沒有足夠的時間來松弛，從而導(dǎo)致了這種滯后現(xiàn)象。值得注意的是，EPR信號只不過是交流磁化率虛部的導(dǎo)數(shù)，即，而這種磁滯現(xiàn)象實際上指出了有關(guān)直流磁化強度的相關(guān)激發(fā)態(tài)的特征曲線。

因此，研究人員對信號進(jìn)行積分并繪制虛的交流磁化率 x′′ 。

磁滯效應(yīng)提示研究人員進(jìn)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(zhuǎn)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(fā)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)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(xù)將樣品旋轉(zhuǎn)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(nèi)更新。

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

在250K溫度下發(fā)生相變

LFMA的導(dǎo)數(shù)溫度依賴性如圖2（a）所示。滯后效應(yīng)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(yīng)，因為隨著溫度的增加，F(xiàn)MR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(guān) 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(zhuǎn)冷卻」的比較結(jié)果。前者是直接冷卻樣品，不進(jìn)行任何初始磁化，后者是先將樣品在磁場中旋轉(zhuǎn)飽和吸收，然后冷卻至200 K。

發(fā)現(xiàn)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(fù)信號在一部分中恢復(fù)，再次證明它們源于不同的機制。導(dǎo)數(shù)LFMA的最大強度與溫度的關(guān)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(fā)生了相變。轉(zhuǎn)折點在250 K左右，可以認(rèn)為是臨界溫度 Tc 。

上述實驗結(jié)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(yīng)、具有奇怪的長記憶效應(yīng)的旋轉(zhuǎn)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(dǎo)渦旋。直流磁場輔助下的微波功率低場吸收指向小的超導(dǎo)能隙，相關(guān)的亞穩(wěn)態(tài)激發(fā)態(tài)表現(xiàn)為渦旋。

渦旋蠕變和弛豫具有玻璃般的緩慢動力學(xué)，從而在場掃描和旋轉(zhuǎn)中產(chǎn)生記憶效應(yīng)。

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

網(wǎng)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(wǎng)友認(rèn)為，「這是一個被誤解的實驗還是一個新發(fā)現(xiàn)還有待觀察。無論如何，這都是科學(xué)研究中分享他們擁有的數(shù)據(jù)的過程。但公眾沒必要盲目炒作。」

而大量中國網(wǎng)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(zhí)著和熱情是值得贊揚的。