LK-99

LK-99

3D構造
識別子
インチ InChI=1S/Cu.6H3O4P.O.9Pb/c;6*1-5(2,3)4;;;;;;;;;;/h;6*(H3,1,2,3,4 );;;;;;;;;;/q+2;;;;;;;-2;9*+2/p-18 キー: KZSIWLDFTIMUEG-UHFFFAOYSA-A
笑顔 [Pb+2].[Pb+2].[Pb+2].[Pb+2].[Pb+2].[Pb+2].[Pb+2].[Pb+2].[Pb +2].[Cu+2].O=P([O-])([O-])[O-].O=P([O-])([O-])[O-]。 O=P([O-])([O-])[O-].O=P([O-])([O-])[O-].O=P([O-])( [O-])[O-].O=P([O-])([O-])[O-].[O-2]
プロパティ
化学式	銅O25P6Pb9​​​​​
モル質量	2 514 .2 グラムモル−1
外観	純粋な紫色の結晶[1]
密度	≈6.699 g/ cm3
構造
結晶構造	六角
空間群	P 6 3 / m、No. 176
格子定数	a  = 9.843 Å、c  = 7.428 Å
格子体積（V）	623.2 Å 3
数式単位( Z )	1
関連化合物
関連化合物	オキシパイロモルファイト（鉛アパタイト）
特に記載がない限り、データは標準状態（25 °C [77 °F]、100 kPa）の材料に関するものです。 インフォボックス参照

LK-99（Lee-Kim 1999年の研究から）^[2]はPCPOSOS ^[3]とも呼ばれ、灰黒色の多結晶化合物で、銅をドープした 鉛オキシアパタイトとして特定されています。高麗大学のLee Sukbae（ 이석배）とKim Ji-Hoon（김지훈 ）が率いるチームは、1999年からこの物質を潜在的な超伝導体として研究し始めました。 ^{[4] ：1} 2023年7月、彼らはプレプリントを発表し、常圧で最大400  K（127 °C、260 °F）の温度で室温超伝導体^{[4] ：8}として機能すると主張しました。 ^{[2] [5] [4] ：1}

多くの研究者がこの研究を再現しようと試み、材料の製造プロセスが比較的簡単であったため、数週間以内に初期結果に到達することができました。^[6] 2023年8月中旬までに、LK-99は室温では超伝導体ではなく、純粋な形では絶縁体であるというコンセンサス^[1]が得られました。^{[7] [8] [9]}

2024年2月12日現在、ジャーナルの査読プロセスを通過した複製はありませんが、材料科学研究室によっていくつかが査読されています。いくつかの複製の試みにより、超伝導を示唆する観察結果の原因として、非超伝導性の強磁性および反磁性が特定されました。主な原因は、提案された合成中に発生する硫化銅不純物^{[10]であり、}抵抗の低下、熱容量のラムダ遷移、および小さなサンプルでの磁気応答を引き起こす可能性があります。^{[11] [12] [10] [13] [14] [15] [16]}

最初のプレプリントが出版された後、リーはそれらが不完全であると主張し、^[17]共著者のキム・ヒョンタク（김현탁）は論文の1つに欠陥があると述べた。^[18]

LK-99の化学組成はおよそPb ₉ Cu(PO ₄ ) ₆ Oで、純粋な鉛アパタイト（Pb ₁₀ (PO ₄ ) ₆ O）^{[19] : 5}と比較すると、アパタイト構造の2位にあるPb(II)イオンの約4分の1がCu(II)イオンに置き換えられています。^{[4] : 9}

構造はアパタイトの空間群 P 6 ₃ / m（No. 176）に類似しています。

Leeらは、 LK-99 ^{[19] : 2}を3段階で化学合成する方法を提案している。まず、酸化鉛(II) (PbO)と硫酸鉛(II) (Pb(SO ₄ ))の粉末を1:1のモル比で混合し、725℃ (1,000 K; 1,340 °F)で24時間加熱してラナーカイトを生成する。

PbO + Pb(SO ₄ ) → Pb ₂ (SO ₄ )O.

次に、銅（ Cu ）とリン（P）の粉末を3：1_{のモル比で密閉管内で真空下で混合し、550℃（820 K; 1,000 °F）で48時間加熱することにより}、銅（ I）リン化物（Cu 3 P）が生成される：^{[19] ：3}

3 Cu + P → Cu ₃ P.

次に、ラナーカイトと銅リン化物の結晶を粉砕して粉末にし、真空下で密閉管に入れ、925℃（1,200 K; 1,700 °F）で5～20時間加熱する。^{[19] : 3}

Pb ₂ (SO ₄ )O + Cu ₃ P → Pb _{10- x} Cu _x (PO ₄ ) ₆ O + S (g)、ここで 0.9 < x < 1.1。

上記の合成法には、当初の論文からいくつかの問題がありました。反応は平衡ではなく、また他の報告では硫化銅(I) ( Cu ₂ S )の存在も報告されています。^{[20] [12]}平衡反応 の場合、次のようになります。${\displaystyle x=1}$

5 Pb ₂ SO ₄ O + 6 Cu ₃ P → Pb ₉ Cu(PO ₄ ) ₆ O + 5 Cu ₂ S + Pb + 7 Cu。^[21]

多くの合成では、異なる段階で断片的な結果が生成され、生成された断片の一部は磁場に反応し、他の断片は反応しませんでした。^[22]純粋な結晶を生成する最初の合成では、それらが反磁性絶縁体であることがわかりました。^[23]

いくつかの小さなLK-99サンプルは強い反磁性を示すことが報告されており、その中には磁石上での「部分的浮上」と呼ばれる紛らわしい反応も含まれている^{[24] 。 [19]}これは通常の反磁性または強磁性の兆候であるにもかかわらず、一部の人々によって超伝導の兆候と誤解された。

初期のプレプリントでは、この物質は室温超伝導体であると主張されていたが^{[19] : 1}、ゼロ抵抗、マイスナー効果、磁束ピン止め、交流磁化率、ジョセフソン効果、温度依存の臨界磁場と電流、臨界温度付近での比熱の急激な上昇など、超伝導の決定的な特徴を観測したという報告はなかった。^[25]

新しい材料が高温超伝導の候補として偽装されるのはよくあることなので、^[14]徹底的な実験報告では通常、これらの予想される特性のいくつかが実証されています。2023年10月15日現在、^{[アップデート]}これらの特性の1つも元の実験や複製では観察されていません。^[26]

Pb ²⁺イオンをより小さなCu ²⁺イオンで部分的に置き換えると、体積が0.48%減少し、材料に内部応力が生じ、^{[4] : 8} _{Pb(1)とリン酸([PO 4} ] ³⁻ )内の酸素との間にヘテロ接合 量子井戸^が形成されると言われています。この量子井戸は、古典的な金属絶縁体転移理論[28]、標準的なバーディーン・クーパー・シュリーファー理論、およびJEヒルシュによる正孔超伝導理論[ 29 ]^{のアイデアを組み合わせた斬新で複雑な理論を説明し}たキム・ヒョンタクによる2021年の論文^{[ 27]}に基づいて、超伝導であると提案されました。

2023年7月31日、ローレンス・バークレー国立研究所のシネイド・グリフィンは、密度汎関数理論（DFT）を用いてLK-99を解析し、その構造は相関のある孤立した平坦なバンドを持つことを示し、これが超伝導に寄与する可能性があることを示唆した。^{[30]しかし、他の研究者はDFT解析に同意したが、これは超伝導と両立せず、リーら}が説明したものとは異なる構造が必要であると示唆した研究者もいた。^[31]

産業界と実験物理学者による分析では、発表された研究の実験的および理論的な欠点が指摘されている。^[32]欠点には、温度、化学量論、^{[33]および応力にわたる相図 [ 29} ] の欠如、以前の重いフェルミオン超伝導体と比較して LK-99 の非常に高いT _cの経路の欠如、どの観測でも磁束ピンニングの欠如、伝導率測定における確率的伝導アーティファクトの可能性^[34] 、主張されている超伝導状態の高い抵抗と低い電流容量、および材料の 直接透過型電子顕微鏡(TEM)の欠如が含まれていた。

LK-99という名前は、発見者であるリーとキムの頭文字と発見年（1999年）に由来している。^[2] 2人は1990年代に高麗大学のトンシーク教授（최동식 ^{）と共同研究を行っていた。 [35]}

2008年に彼らは高麗大学の他の研究者らとともに量子エネルギー研究センター（퀀텀에너지연구소、Q-Centreとしても知られる）を設立した。 ^{[17]後にリー氏は}Q-CentreのCEOに、キム氏は研究開発ディレクターに就任した。

リーは、2020年に最初の論文をネイチャーに投稿したが、却下されたと述べている。 ^[35]ランガ・P・ディアスによる室温超伝導体（ただし、完全に異なる化学システム）に関する同様の研究は、その年の初めにネイチャーに掲載され、懐疑的な反応を示した。ディアスの論文は、データが偽造されているのではないかと疑問視された後、2022年に撤回された。^[36]

2020年、イ氏とキム・ジフン氏は特許出願を行った。^[37] 2番目の特許出願（クォン・ヨンワン氏も追加で記載）は2021年に提出され、2023年3月3日に公開された。^[38]世界知的所有権機関（WIPO）の特許も2023年3月2日に公開された。 ^{[39] 2023年4月4日、} Qセンターによって「LK-99」の韓国商標出願が提出された。^[40]

初期の調査結果をまとめた一連の学術出版物が2023年に発表され、合計7人の著者が4つの出版物に執筆しました。

2023年3月31日、韓国語の論文「常温常圧超伝導体（LK-99）の開発に関する考察」が韓国結晶成長・結晶技術誌に投稿された。^[5]この論文は4月18日に受理されたが、3か月後まで広く読まれなかった。

2023年7月22日、2つのプレプリントがarXivに掲載されました。最初のプレプリントはYoung-Wan Kwon氏に​​よって提出され、元Q-Centre CTOのKwon氏が第三著者として記載されていました。^{[4] 2番目のプレプリントは、そのわずか2時間後に、}電子情報通信研究所の元主任研究員でウィリアム・アンド・メアリー大学教授のKim Hyun-Tak氏によって提出され、自身と3人の新しい著者が第三著者として記載されていました。^{[19] [41]}

7月23日、リー氏はこの研究結果を査読のためにAPL Materialsに提出した。^{[35] [17]} 2023年8月3日、新たに結成された韓国のLK-99検証委員会は、元の研究チームに高品質のサンプルを要求した。チームは、APL論文の査読プロセスが完了してからサンプルを提供すると回答したが、これには数週間から数ヶ月かかると予想された。^[42]

2023年7月31日、カピル・クマール率いるグループは、X線結晶構造解析（XRD）を用いて構造を確認したものの、強い反磁性は発見できなかったという再現の試みを記録したプレプリントをarXivに発表した。^[20]

2023年8月11日、P. Puphalらは、Pb ₉ Cu(PO ₄ ) _{6 Oの最初の単結晶を合成したプレプリントを発表し、後に}APL Materialsに掲載されたこの化学量論における超伝導を最終的に否定した。^[43]

2023年8月16日、ネイチャー誌は、LK-99が超伝導体ではなく絶縁体であることが実証されたと宣言する記事を掲載した。この記事では、カリフォルニア大学デービス校の凝縮系実験者の発言と、2023年8月にプレビューされたいくつかの研究を引用している^。[1]

2023年7月26日、キム・ヒョンタクはニューサイエンティスト誌のインタビューで、クォンが提出した最初の論文には「多くの欠陥」があり、彼の許可なく提出されたと述べた。^{[33] [41]}

2023年7月28日、クォン氏は高麗大学で開催されたシンポジウムで調査結果を発表した。^{[44] [45] [46]}同日、聯合ニュースは高麗大学関係者の発言を引用し、クォン氏はもはや大学と連絡を取っていないと報じた。^[17]記事ではまた、イ氏がクォン氏は4か月前にQセンター研究所を去ったと述べていると引用している。 ^[17]

同日、キム・ヒョンタクはニューヨークタイムズに、反磁性の強い兆候を示すサンプルと思われる新しいビデオを提供した。^[2]ビデオには、元のプレプリントのサンプルとは異なるサンプルが映っているようだ。2023年8月4日、彼はSBSニュースに、高品質のLK-99サンプルはグラファイトの5,000倍以上の反磁性を示す可能性があると伝え、その物質が超伝導体でない限り説明できないと主張した。^[47]

材料科学者や超伝導体の研究者は懐疑的な反応を示した。^{[18] [48]発表当時に知られていた}最高温度の超伝導体は、170ギガパスカル（1,680,000 atm; 24,700,000 psi）を超える圧力で臨界温度250 K（-23 °C; -10 °F）であった。大気圧（1 atm）での最高温度の超伝導体の臨界温度は最大でも150 K（-123 °C; -190 °F）であった。

2023年8月2日、韓国超伝導・極低温学会は、 LK-99に関する論争と未検証の主張に対応して、これらの主張について結論を出すために検証委員会を設立した。検証委員会はソウル国立大学のキム・チャンヨン氏が委員長を務め、同大学、成均館大学、浦項工科大学のメンバーで構成されている。設立当初、検証委員会は、Leeらによる7月22日のarXiv論文2本や当時公開されていたビデオが、LK-99が超伝導体であるという主張を裏付けるものであるとは考えていなかった。^{[41] [49]}

2023年8月15日現在、^{[アップデート]}測定された特性はLK-99が超伝導体であることを証明するものではありません。公開された資料では、LK-99の磁化がどのように変化するか、その比熱容量を実証するか、または転移温度を超えることを実証するかについては説明されていません。^{[18] LK-99の磁気応答のより可能性の高い説明は、}強磁性と非超伝導反磁性の混合です。^{[41] [16] [50]}多くの研究により、合成プロセスに共通する硫化銅(I)の汚染が、最初のプレプリントのきっかけとなった観察結果をほぼ再現できることがわかりました。^{[10] [11]}

リーらによる7月22日の論文の主張は、翌週ソーシャルメディアプラットフォーム上で急速に広まった。 ^{[6] [51]}この主張の拡散性により、ロシアと中国の偽名を使用するユーザーから、 TwitterとZhihuの両方でLK-99を複製したと主張する投稿が行われた。^[52]他の拡散したビデオでは、LK-99のサンプルを「部分的に浮遊」させたと説明されていたが、そのほとんどは偽物であることが判明した。^[48]

報道機関のインタビューを受けた科学者たちは、元のプレプリントの^{質、報告されたサンプルの純度の欠如、そして以前の室温超伝導の主張が正当性を示さなかった（ランガ・ディアス}事件など）後の主張の正当性の両方を理由に懐疑的であった。 ^{[53] [54]}韓国超伝導・極低温学会は、予備的で検証されていないLK-99研究の社会的、経済的影響について懸念を表明した。^[55]

華中科技大学の張海新チームのポスドク研究員が2023年8月1日にアップロードした動画^{[41]には、LK-99の}マイクロメートルサイズのサンプルが部分的に浮遊している様子が映っていた。この動画は中国のソーシャルメディアで拡散し、翌日にはビリビリ動画で最も視聴された動画となった^{[56] [41]。}予測市場では、再現が成功する確率が一時的に60%とされた^{[57] 。}中国科学院の研究者は、この動画について報道陣にコメントすることを拒否し、この主張を「ばかげている」と一蹴した^{[56] 。}

8月初旬には、人々は「浮遊する岩」に関するミームを作成し始め、 ^[58]韓国と中国のテクノロジー株が一時的に急騰したが、^{[59] [60] [61]}韓国証券取引所がLK-99をめぐる興奮を考慮して投機的な賭けに対して警告を発したにもかかわらず、 ^[55]株価は最終的に8月8日に下落した。^{[62] 8月16日に}ネイチャー誌がLK-99は超伝導体ではないと宣言した記事を発表した後、 ^[1]韓国の超伝導体株はさらに下落し、数週間前の投資家のLK-99への関心は消えた。^[63]

2023年7月の出版物の発表後、独立したグループは、合成の再現を試み始めており、最初の結果は数週間以内に期待されていると報告した。^[6]

2023年8月15日の時点で、^{[アップデート]}ジャーナルによる査読を受けた複製の試みはまだありません。査読を受けていない試みのうち、15を超える著名な研究室が、いかなる超伝導も観察できなかった結果を発表しており、いくつかの研究室では、通常の反磁性または強磁性で説明できる小さな断片の磁気応答を観察しています。いくつかは、元の論文で観察された別の原因を実証し、再現しました。銅不足の銅(I)硫化物^[10]は、377 K (104 °C; 219 °F)で低温相から高温超イオン相への相転移が知られており、抵抗率が急激に上昇し^{[11] [10]}、熱容量にλのような特徴があります。^[10]さらに、Cu ₂ Sは反磁性です。

超伝導の兆候が観察されたのは1つの試みだけだった。サウスイースト大学は、4回の合成の試みのうちの1回で、LK-99の薄片で110  K（-163 °C、-262 °F）以下の温度で非常に低い抵抗を測定したと主張した。 ^{[2] [64]この分野の専門家は、抵抗がゼロに低下するのを見なかったこと、10 μΩ以下の抵抗を測定できない粗雑な}機器を使用したこと（超伝導とそれほど珍しくない低温伝導を区別するには高すぎる）、測定アーティファクトが大きいことなどから疑問を呈した。^{[48] [65]}

いくつかの複製の取り組みは、新しい発表やステータスの更新をカタログ化したオンライン複製トラッカーの助けを借りて、世界的な注目を集めました。^{[52] [26]}

選択された実験研究。

結果キー:   ＃ 成功   * 部分的な成功   ‡ 部分的な失敗   † 失敗

当初の論文では、LK-99 の超伝導の潜在的なメカニズムに関する理論的説明は不完全でした。その後、他の研究室による分析で、第一原理からの材料の電子特性のシミュレーションと理論的評価が追加されました。

選択された理論的研究:

• ビスマスストロンチウムカルシウム銅酸化物: T _c ≈ 33 K (-240.2 °C) ～ 104 K (-169 °C)で超伝導
• 炭素質硫黄水素化物： 267 GPaでT _c ≈ 288 K (15 °C)で超伝導を示すとされる
• ランタン十水素化物： 150 GPaでT _c = 250 K（-23 °C）での超伝導
• 非従来型超伝導体
• サルヴァトーレ・パイス– LK-99に関連する特許で参照される特許を持つ発明者