北科大教授用统计学证明：LK-99存在室温超导可能！中科院物理所再证伪

新智元报道

编辑：编辑部

【新智元导读】北科大教授陈宁利用统计学方法，推断LK-99具备室温超导性的可能。但今天中科院物理所再次发文，证伪LK-99具备室温超导性。

本来已经快被各权威机构下场锤得奄奄一息的LK-99，最近获得了一位支持者。

北科大团队的一篇文论8月11日在arXiv上线，作者陈宁教授等人认为，不同的铜氧体系高温超导体具有不同的Cu-O耦合强度，它与超导温度存在线性关系。

根据这个规律，LK-99的电子结构特点支持室温下的存在超导性的可能。

论文地址：https://arxiv.org/abs/2308.06349

而且陈教授认为，即使最后LK-99被证实不具有室温超导的可能性，但是对它的研究或许可以开启对超导现象本质的研究的新大陆，值得科学界进一步的持续探索。

不过，就在今天，LK-99的室温超导性，再次被中科院物理所否认。

今天北京凝聚态物理研究所又在arXiv上发了一篇新论文，继续论证了之前的观点。

论文地址：https://arxiv.org/abs/2308.07800

论文对3个不同的研究团队的LK-99的样品进行了更细致的研究，认为三个独立样品体现出的电磁特性都是来源于其中的硫化亚铜，否认了LK-99的室温超导性。

用统计学证明LK-99的超导性

先来看一下LK-99超导性支持者陈宁教授论文的具体内容。

研究团队认为LK-99的复杂轨道耦合特性与氧化铜类似，并具有多轨道相互作用。其整体带宽明显大于目前最大的氧化铜体系。与近室温高压氢化物体系进行比较，也可以看出类似的特点。

在各种典型的超导体系中，通过应用整体带宽与超导临界温度的材料相关性定律。研究团队预测，新材料的电子结构可以支持实现室温超导。材料的电子结构可以支持在更平坦的带宽条件下实现实时超导。

先前的统计学超导研究

与晶体结构、成分或其他宏观参数的研究不同，研究团队之前的大数据工作主要关注超导系统电子轨道相互作用的特征。

通过比较和总结典型超导体系在全能量范围内的电子结构，研究团队得到了超导体系整体带宽参数与最大临界温度之间的关系。利用这一统计规律，可以预测任何新系统的临界温度。

团队之前的研究认为，所有电子结构都直接反映了原子轨道之间的相互作用、耦合或纠缠。

为了说明临界温度与整体带宽变化趋势的物理意义，研究团队在此对不同种类超导体的重要相互作用原子轨道进行示意性定性描述，如下图所示：

如上图a和b所示，金属超导体通常占据较小的能带宽度，因为这些金属超导体的能带结构较窄，涉及以下两种混合轨道类型之一：S+d 型（如 Nb）和 S+p 型（如 Pb）。

如图c-d所示： 与传统超导体相比，铜酸盐系统（如图d所示）和锑酸盐系统（如图c所示）的紧密结合能中存在额外的核心轨道耦合，涉及来自某些核心轨道而不是价轨道的sp耦合。由于这种特殊的sp轨道耦合，HTS的整体能带扩展到-20eV结合能。

尽管不同类别的典型超导体系统的带结构特征存在明显差异，但总体带宽（或能量跨度）与相应的超导临界温度具有良好的正相关性。利用这一统计规律，研究团队可以预测潜在可能的超导材料的超导临界温度。

电子结构特征和统计学规律推断超导性

为了与之前典型体系的电子结构特征进行比较，LK-99的能带计算方法仍采用Materials Studio中的CASTEP方法，计算参数与之前的工作相同。如下图所示，量子力学计算表明新的LK-99整体能带结构也具有非常有趣的特征。

与氧化铜类似，它也有一个宽的内耦合带，其轨道相互作用比氧化铜更为复杂。 P的DOS显示出sp杂化的迹象，作为阳离子特性，P3s轨道明显低于氧离子的 2s。 如果引入更多电子，系统的费米面将上升到P3p带。即使不考虑费米面位置的变化，新体系的特征带宽也会比氧化铜宽得多。

因此，如果研究团队根据临界温度与电子结构特征相关的统计规律来推测，LK-99的临界温度极限一定会超过最高的氧化铜体系（常压下为138K，高压下为160K），这表明在带宽更宽的条件下有可能实现室温超导。

结论

总之，根据研究团队关于电子结构和超导临界温度的统计规律，他们得出了一个独立的结论：在适当的平带条件下，LK-99可以支持室温临界温度极限的超导性。

这一结果独立于实验和理论，甚至独立于超导机制。研究团队相信，材料定律是超导理论的基础，它打开了一扇窗，能更清晰地看到神秘的室温超导世界。

从这个角度看，阐明这一规律与实验证实室温超导同样重要。

教授微博释义，阐述LK-99对于超导研究的意义

陈宁教授在自己微博上也对这篇论文中的一些具体问题进行了解释，对自己的研究方向给网友做了一些简单的科普。

来源：陈博微博

在他看来，对LK-99的研究不仅仅是局限于这个材料是否是室温超导材料这一点。

来源：陈博微博

进一步，他认为前沿的超导研究不应该纠结在之前的表征和方向上，要对电子的状态有全新的认识。

来源：陈博微博

而他在微博中和网友的互动进一步表明了他的态度，LK-99的出现，即使被证实不是室温超导，甚至不是室温抗磁，也是很有意义的研究和发现。

因为它有可能让超导研究开辟出一个全新的方向。

网友的评价

知乎上，大家对这篇论文也从各个不同的角度发表了看法。

来源：张子立

认为陈教授的论文中提出的统计学规律依据的样本太少了，不是很靠谱。

但同样有知友认为，别不把统计学不当科学。至于后边的可能性还需要继续探索。

来源：愚者之影

目前大部分的科研团队对LK-99的实验都倾向于否认其超导性，而韩国团队仍在坚持自己的说法。

吃瓜群众们寄希望于基础科学产生重大突破，从而让大家的生活能变得更加美好。

但在这一篇篇驳斥LK-99超导可能性的论文面前，大家也不得不慢慢接受「LK-99不是室温超导材料」这个略显残酷的事实。

但是，任何科学的探索都离不开实事求是的治学态度和严谨的求证过程。

而更多人对于基础科学探索的关注，不但能增加学界研究成果的影响力，对于全民科学素养的提升也是大有裨益。

也许之后在室温超导领域获得突破性进展的科学家，他/她对科学的兴趣就是来源于这样一场全民的围观。

韩国团队又提交了第三版？

另外，在上周五，韩国团队又提交了六人合著论文的第三版。

这篇论文的更新，最主要就是补充了图8。

Huyn-Tak Kim利用自己改良的BR-BCS理论，预测了超导体的转变温度Tc，并且得出结论：1维超导（Cu-O-Cu）的Tc明显要大于2维和3维。

另外，论文的图3也进行了很大改动，晶体结构中的许多Pb离子被替换成了Cu2+ ，尤其是一维超导态的通路部分，Pb离子被全部替换成了Cu2+。

而北科大陈宁老师猜测，这大概是Kim教授实在没辙了，只能往铜氧化物去解释。

参考资料：

https://weibo.com/u/1112451975

https://arxiv.org/abs/2308.06349

https://arxiv.org/abs/2308.07800