상온 및 대기압에서의 부상 및 메커니즘을 보여주는 초전도체 Pb10-xCux(PO4)6O
1이석배, 1김지훈, 2김현탁, 1임성연, 1안수민, 3오근호
1 양자에너지연구센터, 서울 05822, 대한민국
2 CT 기초연구실. ETRI, 대전 34129, 대한민국◦미국 VA 23185 윌리엄스버그 윌리엄 앤 메리 대학 물리학과
3 한양대학교, 서울 04763, 대한민국
a)통신 주소를 지정해야 하는 작성자: stsaram@qcentre.co.kr
b)통신 주소를 지정해야 하는 작성자: hkim22@wm.edu , hkim0711@snu.ac.kr

추상적인
추상적인
LK-99®라는 물질은 고체 상태 방법을 이용하여 합성되었으며, 이는 (Pb10-xCux(PO4)6O(0.9<x<1.1)) 조성을 갖는 변형-납 아파타이트 결정 구조입니다.
이 물질은 초전도 임계온도 Tc 이상의 Pb(6s1)의 Ohmic 금속 특성을 나타내며 상온과 Tc 이하의 대기압에서 초전도체의 마이스너 효과로 부상 현상을 나타냄.
LK-99® 샘플은 126.85℃(400K) 이상의 Tc를 보여줍니다. 우리는 이 물질에서 상온 초전도성의 가능성이 두 가지 요인에 기인한다고 분석합니다. 첫 번째는 Pb를 Cu로 대체함으로써 달성된 절연체-금속 전이로 인한 부피 수축이고, 두 번째는 Tc에서 초전도 응축으로 인한 1차원(D) 체인(Cu²)-O1/2-Cu²(3d) 구조의 구조 변형으로 강화된 현장 반발 쿨롱 상호작용입니다. 상온 Tc의 메커니즘은 1-D BR-BCS 이론에 의해 논의됩니다.

I. 소개
1911년 온네스가 초전도성을 발견한 이래로 과학자들은 110년 이상 동안 전류에 저항이 없는 물질인 상온 초전도체를 찾아 왔습니다. 초전도체는 다양한 금속 원소와 화합물 결정에서 발견되었습니다. 1986년에는 초전도 임계 온도 Tc가 40 K 이상인 컵레이트 초전도체가 발견되었습니다. 2015년에는 H2S 수소화물이 155 GPa 압력에서 Tc ≥ 203 K를 증명하는 것으로 나타났습니다
2023년, 질소 도핑된 루테튬 하이드라이드에서 10kbar에서 294K의 Tc가 측정되었습니다. 더욱이, Tc=300K 이상의 초전도체 [LK-99®]가 성공적으로 합성되었습니다(언어: 한국어)
초전도성에 대한 미시적 설명을 제공하는 BCS(Barden-Cooper-Srieffer) 이론은 1957년에 소개되었습니다. ① 과온의 Tc를 설명하는 브링크만-라이스(BR)-BCS 이론은 2021년에 발견되었습니다. ② 더욱이, 2021년에는 Tc를 페르미 온도의 약 10%로 예측하는 이론이 발표되었습니다
게다가, 컵레이트 초전도체에서 초전도 에너지 갭의 쌍대칭성이 d파인지 s파인지는 30년 이상 논의되어 왔습니다; 최근의 연구들은 그것이 s파 대칭성 쪽으로 기울어질 수 있다고 암시합니다. ¹,⁰,¹,¹
상온 초전도체를 발견하기 위해서는 상온보다 높은 온도에서 절연체 대 금속 전이(IMT)를 통해 금속상의 출현을 관찰하는 것이 중요합니다. 더욱이 이러한 현상을 설명하기 위해서는 포괄적인 메커니즘과 함께 대기압에서 상온 초전도성을 나타내는 새로운 물질의 발견이 필요합니다.
본 논문에서는 상온보다 Tc가 높은 Cu 도핑 납 아파타이트(LA) 초전도체의 합성 방법을 제시합니다.
우리는 공중부양 실험을 수행하고 재료의 제로 저항 특성을 분석합니다. 또한 LA에서 구조적 위상 전이를 겪지 않고 절연체 대 금속 전이(IMT)를 통해 금속 위상이 형성되는 메커니즘을 공개합니다. 또한 초전도체에 대한 위상 다이어그램을 제공합니다.
마지막으로, 우리는 BR-BCS 이론에 기초한 상온 초전도 메커니즘에 대해 간단히 논의합니다.
II. 결과 및 토론
A. LK-99® : 합성
샘플 제작을 위해 고체상 방법을 이용하여 LK-99®로 알려진 Pb10-xCux(PO4)6O(0.9<x<1.1)를 합성하였고, 합성에 사용된 원료는 PbO(Junsei, GR), PbSO4(Kanto, GR), Cu(Daejung, EP), Pp(Junsei, EP)이며, 고체상 방법은 Fig.1에 설명되어 있습니다.
샘플 합성 과정은 세 단계로 구성됩니다.
1단계: Lanarkite Pb2(SO4)O = PbO + Pb(SO4) 분말을 세라믹 도가니에서 각각 50%의 비율로 균일하게 혼합하였습니다. 혼합된 분말을 725℃의 용광로에서 공기의 존재 하에 24시간 동안 가열하였습니다 [Fig.1(b)]. 가열 과정에서 혼합된 물질들은 화학 반응을 통해 Lanarkite를 수득하였습니다.
2단계 : Cu3P를 합성하기 위하여 Cu와 P분말을 각 성분률에 따라 도가니에서 혼합하였고, 혼합된 분말을 그램당 20 cm의 결정관에 10 μtorr의 진공으로 밀봉하였다[그림 1(a)].
혼합물을 함유한 밀봉관을 550℃의 노에서 48시간 가열하였다[Fig.1(c)]. 이 과정에서 혼합물은 형질전환을 거쳤고 Cu3P 결정을 형성했습니다.
단계 3: Lanarkite와 Cu3P 결정을 분쇄하여 분말을 만들고 도가니에서 혼합하였습니다. 그런 다음, 혼합된 분말을 10 μtorr 진공의 결정관에 밀봉하였습니다 [그림 1(a)].
혼합 분말이 담긴 밀폐 튜브를 925℃의 노에서 5-20시간 동안 가열하였다[Fig.1(d)]. 이 과정에서 혼합 분말이 반응하여 Pb10-xCux(PO4)6O의 최종 물질로 변하였다.
PbSO4에 존재하는 황 원소는 반응 동안 증발되었습니다. 과정 동안 관찰된 다양한 형상은 사진에 나타나 있습니다 [그림 1(e-i)].

도 1. (a) 혼합력을 갖는 밀폐형 진공 결정관의 배치도. (b), (c), (d) 라나카이트, Cu3P, Pb10-xCux(PO4)O (0.9<x<1.1)의 열처리 조건 (e) 모든 성분은 반응 전에 분말을 미리 혼합하여 흰색에서 옅은 회색으로 나타남 (f) 반응 후의 밀폐형 시료 사진, (g) 용광로에서 시료 제거 절차, (h) 밀폐형 석영관의 시료 형상, (i) 각 공정에서의 시료 형상.

B. LK-99® : 결정구조 분석
제조된 분말의 결정성 및 구조는 X-선 회절(XRD) 측정과 데이터 피팅으로 분석하였다. Fig.2(a)는 QualX 소프트웨어로 지원되는 순수 납-아파타이트의 LK-99® 시료 1(과다 도핑된 물질)과 COD(Crystallography Open Database) 데이터로 측정한 XRD 데이터를 비교하여 나타낸 것이다. 시료의 XRD 분석 결과 여러 개의 블랙 피크가 나타나 다결정 물질임을 알 수 있었으며, 시료 1의 XRD 패턴은 약간의 피크 시프트가 있는 modified-lead 아파타이트(MLA)의 패턴과 매우 일치하였다. 그러나 시료 1에서 기호 A로 표시된 피크가 더 큰 각도로 시프트되어, 기호 B로 표시된 새로운 피크가 나타나 시료 1의 격자 구조 변화를 시사함 [Fig.2(b)]. 시프트는 격자 상수의 감소를 나타내므로 부피 수축의 증거로 해석됨.
VESTA 프로그램에서 샘플 1의 XRD 패턴을 MLA와 비교하여 샘플 1이 MLA 구조를 나타냄을 확인하였습니다 [그림 2(c)]. 구체적으로 LA 구조는 요소 A의 육각형 구조의 골격 중 하나인 A10(BO4)C로 형성됩니다.

도 2. (a) Crystalography Open Database에서 샘플 1과 납 아파타이트 데이터로 측정한 XRD 패턴의 비교 (b) 확대 패턴은 피크 쉬프트와 새로운 피크를 나타냄 (c) XRD 패턴을 BESTA program에서 얻은 수정된 아파타이트 패턴과 비교하여 밀착되어 있음.

XRD 분석 결과, 샘플 1은 a=9.843 Å, c=7.428 Å의 셀 격자 매개변수를 갖는 (P63/m, 176) 육각형 구조를 갖는 것으로 나타났습니다 [그림 3(a) 및 3(b)]. LA의 매개변수는 a=9.865 Å, c=7.431 Å입니다. 샘플 1의 부피는 0.48% 감소하여 Pb(M1)를 Cu(M2)로 치환하였습니다.
수축 현상은 이미 이전의 파타이트 소재에 대한 연구에서 연구되었습니다
LA 구조로 분류되지만, Pb10(PO4)6O는 절연체이며, 반대로 Cu 도핑된 LA, Pb10-xCux(PO4)6O는 상온의 초전도체이며, Tc 이상의 금속입니다. 더욱이, 도 3(a), 도 3(b)의 흑색 위치에 있는 M1²⁺(결정학 정보 파일에서 LA 원자 분류에서 Pb(1) 위치에 해당하는 Cif)를 Cu²⁺ 이온(M2⁺, 도 3(a)의 4개의 Pb(1) 위치 중 적갈색 하나)으로 치환하여 구조적으로 응축됩니다. 또한, 도 3(c)에서 c축을 따라 Cu²⁺-O1/2-Cu²⁺의 1차원 선에서의 구조적 왜곡으로 인해, 도 3(c)에서 언급한 바와 같이, Tc에서 c축을 따라 Cu²⁷-O1/2-Cu²⁺의 1차원 선에서의 구조적 왜곡으로 인해 초전도체가 됩니다
자세한 내용은 다음 섹션에서 설명합니다.

도 3. (a) Cu-도핑된 LA, Pb10-xCux(PO4)6O의 c축 상부도. 내부에는 (Pb2+Cu)s에 해당하는 육각형 6개(M1+M2)가 삼각형으로 표현된 Pb3-yCuyO1/2로 구성된 2층으로 접혀져 있습니다 [도 3(b)]. (b) Cu-도핑된 LA의 측면도.
단위 셀 1개도 함께 표시되어 있습니다. (c) 초전도 상태에서 c축을 따라 1차원 초전도 사슬을 설명하기 위한 layout. CDW는 전하-밀도-파, VCDW<0은 CDW potential. VSup<0은 초전도 캐리어를 포함하는 potential. BR 그림에서 Uc > 0은 임계 현장 반발 쿨롱 에너지입니다. 이는 Fig.4를 참조하여 Ref.5에 다시 그렸습니다.

C. LK-99® : 마이스너 효과
그림 4(a)와 4(b)는 샘플 2(납 아파타이트의 낮은 도핑이 있는 석영 용기에 저장됨)와 샘플 3(고순도 원료를 사용하여 제조됨)에서 제로 필드 쿨(ZFC)과 필드 쿨(FC)의 온도 의존적 반자성 민감도를 보여줍니다. 측정은 -73.15℃(200K)에서 126.85℃(400K)의 온도 범위에서 수행되었으며 자기장을 방출하는 마이스너 효과의 관찰을 포함했습니다. 또한, 우리는 그림 4(a)와 (b)의 민감도를 반자성 거동 θ를 나타내는 흑연에서 측정된 민감도와 비교합니다. 20°C의 실온에서 민감도의 비율은 R1 = 1.20 × 10°C emu/g, 그림 4a)/(-22 × 10°C emu/g) ≥ 5450 및 R2 = 5.0 × 10°C emu/g, 그림 4b)/(-22 × 10°C emu/g) ≥ 22.7입니다. 높은 비율은 샘플이 초전도 위상을 가지고 있다는 사실 외에는 설명할 수 없습니다.
Fig.4(c)는 시료 4(sample 2로 열처리)에 대해 상온 및 대기압에서 측정된 부상 현상으로, 비록 부상이 완벽하지는 않지만 상온 및 대기압에서 초전도 상이 존재함을 보여주고 있으며, 부상의 동영상은 Fig.4(d)와 같이 첨부하였으며, 시료 2와 3에 대해 MPMS-Evercool을 이용하여 민감도를 측정하였다.

도 4. (a) 시료 2(a) 및 3(b)에서 측정된 반자성 감수성의 온도 의존성. (c) 어닐링된 시료 2(시료 4)로부터 얻은 공중부양(Levitation) 현상. (d) 공중부양을 위한 비디오를 첨부함.

D. LK-99® : 저항률
Fig.5는 4전극법으로 30 mA에서 측정한 시료 2(4.8 × 10.1 × 1.2 mm)의 비저항의 온도 의존성을 나타내며, Tc=104.8℃(377.95K) 부근에서 비저항의 점프가 나타나며, Tc 위에서는 IMT에서 유래한 금속의 선형적인 특성을 나타냄을 알 수 있습니다.
Tc 아래에는 세 가지 다른 거동이 나타나 있습니다. 도 5의 인세트의 F 영역과 동등한 적색 화살표 C 아래의 첫 번째 영역(60˚C 근처)에서 노이즈 신호에 대한 비저항은 0으로 간주될 수 있습니다. 적색 화살표 C와 D로 표시된 두 번째 영역(90˚C 근처)에서 도 5의 인세트의 G 영역에 대응하는 샘플의 비저항은 온도에 따라 단조롭게 증가합니다. 이는 저항의 발생을 나타내며, 온도가 증가함에 따라 초전도 에너지 갭의 파괴를 시사합니다. 도 5의 인세트의 H 영역에 대응하는 적색 화살표 D와 Tc 사이의 세 번째 영역에서 비저항은 온도가 증가함에 따라 투명하게 변화하지 않지만 에너지 갭의 파괴의 마지막 단계에서 dθ/dT는 변동합니다. 노이즈와 유사한 신호가 관찰되는 첫 번째 영역에서 0-저항 영역은 켈빈 단위에서 Tc의 약 88%(333K/378K)입니다.
이는 낮은 Tc 초전도체에서 관찰되는 일반적인 값 약 30%보다 약 3배 더 큽니다.
제로 저항 영역에서 소음의 존재는 종종 설정 5의 F 영역으로 표시된 것처럼 더 높은 온도의 포논 진동에 기인합니다. 소음과 같은 신호는 직접 측정되었습니다.
dx2-y2 페어링 대칭과 같은 노드에 무갭 금속을 갖는 노드형 초전도체는 온도가 증가함에 따라 금속 저항이 증가하여 무저항 영역이 없기 때문에 무저항 영역의 존재는 s파 초전도체의 증거입니다. ⁰¹,¹¹

도 5. 저항성의 온도 의존성. inset은 상태들의 밀도(DOS)로 간주되는 dθ/dT=d(1/저항성)/dT를 나타내고, dθ/dT의 온도 의존성은 DOS의 온도 의존성으로 해석됩니다.
저항률 수치는 Ref. 5의 Fig. 6(a)로 다시 그려졌습니다.

E. LK-99® : I-V 특성
Fig.6(a)는 시료 1에서 측정한 I-V 곡선의 온도 의존성을 나타내고 있으며, Tc 위에서는 금속의 선형적인 특성을 나타내고 있으며, 온도가 증가함에 따라 Tc 전류는 감소합니다.
더욱이, Tc의 점프 크기는 전류가 증가함에 따라 감소합니다. 특히, 105°C에서는 점프가 매우 작습니다. 이는 점프의 크기가 단조롭게 감소하지 않음을 나타냅니다. 이는 갭이 없는 전이 물질의 지수 감소로 알려져 있습니다. ① 우리는 로그 y축을 중심으로 25°C에서 측정된 전류인 Tc 아래의 전류-전압(I-V) 곡선에 대한 상세한 분석을 수행했습니다. 곡선은 여러 영역으로 나뉠 수 있습니다: I, J, K, L, M, N. 영역 I, J, K에서 우리는 저항의 증가를 관찰하며, 전류가 특정 임계치를 초과할 때 줄 가열로 인한 초전도 에너지 갭의 파괴를 나타냅니다. 45°C에서 측정된 I-V 곡선에서 빨간색 화살표 O로 표시된 것처럼 곡선은 분명합니다. L 영역의 더 높은 전류는 파괴를 가속화하며, 이는 눈사태 영역으로 해석될 수 있습니다. 훨씬 더 높은 전류의 영역 M에서는 전압이 거의 변하지 않습니다.
이는 상태(DOS)=dI/dV의 밀도가 Tc, 전류 근처에서 일정하다는 것을 나타내며, 쌍 대칭이 s파임을 시사합니다 [그림 6(b) 및 6(c)].
만약 초전도 간극이 Tc 근처에 노드 dI/dV를 가지면 전류가 증가해야 합니다. 점프 후 N 영역은 선형 Ohmic 특성을 가진 금속입니다. 초전도 간극과 노갭 금속 사이의 전이는 갭이 없는 전이입니다 [그림 6(a)]. 전이는 IMT.²,²의 특성과 거의 비슷합니다
더욱이 I, J, K 영역의 변동 [그림 6(c)]은 온도 제어기에 의해 인가되는 전류와 열에 의해 발생하는 줄 열에 의한 온도 불균일 때문입니다. Fig. 6(d)는 샘플 1의 자기장 의존성을 보여줍니다. Tc의 점프 위에서 I-V 곡선은 Ohmic 특성을 나타내어 금속 거동을 나타냅니다. 자기장이 증가함에 따라 Tc, 전류가 감소하여 초전도체의 전형적인 특성을 나타냄을 알 수 있습니다.
Fig.6(e)는 열처리 시료 1에서 최대 Tc가 127˚C를 나타내고 있습니다. 점프가 남아 있기 때문에 Tc가 127˚C를 넘는 것으로 추론합니다. Tc 위에서는 금속의 선형 특성을 나타내고 있습니다. 그 결과의 요약은 위상 다이어그램에 나와 있습니다 [Fig.7].

도 5. 저항성의 온도 의존성. inset은 상태들의 밀도(DOS)로 간주되는 dθ/dT=d(1/저항성)/dT를 나타내고, dθ/dT의 온도 의존성은 DOS의 온도 의존성으로 해석됩니다.
저항률 수치는 Ref. 5의 Fig. 6(a)로 다시 그려졌습니다.

E. LK-99® : I-V 특성
Fig.6(a)는 시료 1에서 측정한 I-V 곡선의 온도 의존성을 나타내고 있으며, Tc 위에서는 금속의 선형적인 특성을 나타내고 있으며, 온도가 증가함에 따라 Tc 전류는 감소합니다.
더욱이, Tc의 점프 크기는 전류가 증가함에 따라 감소합니다. 특히, 105°C에서는 점프가 매우 작습니다. 이는 점프의 크기가 단조롭게 감소하지 않음을 나타냅니다. 이는 갭이 없는 전이 물질의 지수 감소로 알려져 있습니다. ① 우리는 로그 y축을 중심으로 25°C에서 측정된 전류인 Tc 아래의 전류-전압(I-V) 곡선에 대한 상세한 분석을 수행했습니다. 곡선은 여러 영역으로 나뉠 수 있습니다: I, J, K, L, M, N. 영역 I, J, K에서 우리는 저항의 증가를 관찰하며, 전류가 특정 임계치를 초과할 때 줄 가열로 인한 초전도 에너지 갭의 파괴를 나타냅니다. 45°C에서 측정된 I-V 곡선에서 빨간색 화살표 O로 표시된 것처럼 곡선은 분명합니다. L 영역의 더 높은 전류는 파괴를 가속화하며, 이는 눈사태 영역으로 해석될 수 있습니다. 훨씬 더 높은 전류의 영역 M에서는 전압이 거의 변하지 않습니다.
이는 상태(DOS)=dI/dV의 밀도가 Tc, 전류 근처에서 일정하다는 것을 나타내며, 쌍 대칭이 s파임을 시사합니다 [그림 6(b) 및 6(c)].
만약 초전도 간극이 Tc 근처에 노드 dI/dV를 가지면 전류가 증가해야 합니다. 점프 후 N 영역은 선형 Ohmic 특성을 가진 금속입니다. 초전도 간극과 노갭 금속 사이의 전이는 갭이 없는 전이입니다 [그림 6(a)]. 전이는 IMT.²,²의 특성과 거의 비슷합니다
더욱이 I, J, K 영역의 변동 [그림 6(c)]은 온도 제어기에 의해 인가되는 전류와 열에 의해 발생하는 줄 열에 의한 온도 불균일 때문입니다. Fig. 6(d)는 샘플 1의 자기장 의존성을 보여줍니다. Tc의 점프 위에서 I-V 곡선은 Ohmic 특성을 나타내어 금속 거동을 나타냅니다. 자기장이 증가함에 따라 Tc, 전류가 감소하여 초전도체의 전형적인 특성을 나타냄을 알 수 있습니다.
Fig.6(e)는 열처리 시료 1에서 최대 Tc가 127˚C를 나타내고 있습니다. 점프가 남아 있기 때문에 Tc가 127˚C를 넘는 것으로 추론합니다. Tc 위에서는 금속의 선형 특성을 나타내고 있습니다. 그 결과의 요약은 위상 다이어그램에 나와 있습니다 [Fig.7].

도 6. (a) 전류를 인가하여 전압을 측정하는 방법을 통해 얻은 I-V y축 로그 곡선의 온도 의존성. (b) 25°C에서의 데이터의 미분 곡선 (c) DOS = dλ/dI, 도함수 곡선. dI = 1mA, 영역 I, J, K 및 M은 s-파 대칭의 특징을 나타냄.
(d) I-V 곡선의 자기장 의존성. (e) 127°C는 측정 시스템의 온도 제한으로 인해 Tc 이하의 온도입니다.

도 7. Cu²-doped LA Pb10-xCux(PO4)6O의 위상도(phase diagram). IMT는 절연체-금속간 전이, MIT는 금속-절연체간 전이를 나타내며, IMT와 MIT는 동일한 개념을 따르며, 갭-노갭 전이를 나타냅니다.
IST는 절연체-초전도체 전이(갭-갭 전이)로, 동일한 갭 구조에서 전기 특성의 변화를 나타냅니다.

III. 초전도성의 가능한 메커니즘
A. LK-99® : 1차원 금속
상기 LA 구조의 모재는 Fig.3과 같이 다음과 같은 화학식으로 분해되며,
Pb10(PO4)6O ≡ [Pb14]F[Pb26]T(PO4)6O
= [Pb14(PO4)8/3]F+ [Pb26(PO4)10/3O]T,
= [Pb14(PO4)8/3]F+ [Pb23(PO4)5/3O1/2 + Pb23(PO4)5/3O1/2]T,
= [Pb14(PO4)(2+2/3)F + [Pb23(PO4)(1+2/3)O1/2 + Pb23(PO4)(1+2/3)O1/2]T, (1)
여기서 F는 frame part, T는 c축을 따라 터널의 일부분을 나타내며 O1/2는 O1/4+O1/4로 구성되어 안정성이 높은 구조로 내부 영역이 2층으로 구성되어 있습니다.²,²,²,²
상기 화학식 1은 상기 T부분에서 Pb2와 O1/2가 1차원적으로 결합된 것을 특징으로 합니다.
Pb1(LA cif에서 Pb(1) 사이트를 의미함) 및 Pb2(LA cif에서 Pb(2) 위치를 의미함) 사이트의 일부가 Cu²⁺(3d⁹)(1홀) 요소에 의해 임의로 치환될 때, Cu²⁺ 도핑된 LA 구조의 화학식은 다음과 같이 표현됩니다:
Pb10-xCux(PO4)6O = [Pb4-aCua(PO4)8/3]F + [Pb6-bCub(PO4)10/3O]T, 여기서 a+b=x
= [Pb4-aCua(PO4)8/3]F + [Pb3-cCuc(PO4)5/3O1/2 + Pb3-cCuc(PO4)5/3O1/2]T, 여기서 c=b/2, a 및 b ≥0
= [Pb4-aCua(PO4)(2+2/3)F + [Pb3-cCuc(PO4)(1+2/3)O1/2 + Pb3-cCuc(PO4)(1+2/3)O1/2]T (2)
홀 도핑량은 프레임 부분에서 -3a(=2(4-a)+(-1)a+(-3)(2+2/3)), T 부분에서 -3c(=2(3-c)+(-1)c+(-3)(1+2/3)+(1/2))의 가장 바깥쪽 궤도로 결정됩니다.
Cu² 도핑에 의해 IMT가 발생하면, F부분과 T부분 모두에서 IMT가 발생합니다. 일반적으로 절연체는 금속보다 부피가 크기 때문에, 구조적 상전이 없이 IMT는 부피 수축을 동반합니다. Fig. 3(a)의 적갈색으로 나타낸 바와 같이, Pb1 부위의 치환은 IMT(1㎛)를 통해 프레임에 부피 수축(1㎛)을 유도합니다. 더욱이, Pb2 부위의 치환은 T부분에 IMT(2㎛)를 유도합니다. 부피의 증거는 부피의 증거입니다
수축은 Fig. 2(b)에 나타나 있습니다. 식 (2)에서 a와 c의 도핑량이 다를 경우, IMT의 정도와 부피 수축의 크기가 달라질 수 있습니다. a>c, 임계 도핑 수준 이하인 경우, 프레임 내 부피 수축(1㎛)이 T 부분의 부피 수축(2㎛)보다 클 수 있습니다.
Pb의 가장 바깥쪽 궤도는 6s²6p²입니다.
Pb2의 6p² 궤도에 있는 하나의 전자는 PbO의 O에 결합된 반면, 다른 하나는 사면체 인산염, PO4, [공식 (1) 및 (2)]의 결합에 기여합니다.
결과적으로 내부 구조가 안정화됩니다. Pb에서 6s²의 론스타 쌍 전자는 상전이에 중요한 역할을 합니다. 6s² 전자는 Pb 원자의 위치에 대해 구형 대칭이고 변위된 구조이며 극성 상호작용에 기여합니다
Pbs와 Cu는 테트라포스페이트를 통해 결합되며, 금속상은 Cu²⁺(3d⁹)에서 나오는데, Fig.3과 같이 홀 하나가 치환되어 있습니다.
c축을 따라 Cu²⁺(3d⁹)-O1/2-Cu²⁺(3d⁹)와 같은 금속선이 형성되며, 이를 구멍 구동 절연체 대 금속 전이(IMT)라고 합니다.²¹,²⁵,²⁰ 따라서 Pb23-yCuy(O1/2 = O1/4 + O1/4) 구조가 생성되고 산소는 Pb23-yCuy 구조보다 약간 높거나 약간 낮은 위치에 위치합니다 [도 3의 (b)에서 빨간 점 상자의 파란 공].
1-D 채널의 O1/2 위치에서 가장 가까운 두 개의 산소(파란색 공)는 Fig. 3b의 단위 셀의 빨간색 점 상자와 같이 일반적으로 반발성이 있습니다. 금속의 경우, O1/4의 하나의 산소가 진동하면(Pb23-yCuy와 O1/4 사이의 거리가 팽창하고 수축함), 다른 하나의 항진동이 발생합니다(거리가 각각 수축하고 팽창함).
이는 산소가 호흡한다는 것을 나타냅니다; Pb23-yCuy와 O1/4 사이의 평균 거리는 같습니다. 하나의 단위 셀은 두 개의 Pb23-yCuyO1/2 구조를 가지고 있습니다 [그림 3(b)].
금속 상태에서, Pb23-yCuy(3d⁹)의 Cu²⁺의 정공 수송체는 Cu²⁺-Cu²⁺에 의해 형성된 전도 대역을 통해 흐르고, Cu²⁺(하위 Pb23-yCuyO1/2) -> O1/2 -> Pb23-yCuy(상위 Pb23-yCuyO1/2) 구조의 산소는 c축을 따라 호흡합니다 [그림 3(c)].
초전도 상태에서 가장 가까운 이웃 사이트의 Cu²π(3d⁹) 캐리어는 전하 밀도-파 상태인 초전도 결합 상태(V 슈퍼 전위 = VCDW 전위 + Uc, 임계 현장 쿨롱 에너지)에서 쌍극자를 형성합니다
(CDW)는 Pb23-yCuyO1/2 구조에서 산소 사이의 호흡 모드 왜곡(산소 호흡)에 의해 형성된 가장 가까운 이웃 Cu 부위 사이의 (Pb23-yCuy-O1/4 또는 Pb23-yCuy-O1/2)에서 장/단거리의 구조를 가지고 있습니다. 그러면, Pb23-yCuy와 O1/4 사이의 거리가 달라지는데, 이는 구조 왜곡이며, 금속 내 캐리어 사이의 현장 쿨롱 상호 작용, U는 Uc로 변경됩니다. 초전도 결합 상태의 형성은 향상된 현장 쿨롱 반발 상호 작용에 의해 촉진되며, 이는 Cu²γ 도핑에 의해 유도된 LA 프레임의 구조 수축(1차)과 Tc에서의 온도 차이(δT = TIMT - Tc)로 인한 부피 수축을 동반한 구조 왜곡(2차)으로 인해 발생합니다. 이러한 요인은 Fig. 7.191에 나타낸 위상 다이어그램과 같이, 초전도 응축에 기여합니다
바이-폴라론은 c-축을 따라 1차원 체인으로 2개의 Pb23-yCuyO1/2 구조 사이의 장벽을 터널링할 수 있으며, 여기서 하부 Pb23-yCuyO1/2의 Pb2는 O1/2에 연결되고, 상부 Pb23-yCuyO1/2의 Cu에 연결됩니다(그림 3(c)). 추가적으로, 화학식 (2)의 프레임 부분의 첫 번째 항은 IMT에 의해 초전도성을 나타낼 수 있지만, 그것이 1차원이 아니기 때문에, 그것의 Tc는 화학식 (2)의 T 부분의 그것에 비해 훨씬 작을 것입니다.
이 동작의 근본적인 이유는 다음 절에서 자세히 설명합니다.
B. LK-99® : 강한 상관관계
실온-Tc 메커니즘의 경우, IMT를 유도하는 MLA 구조는 Pb를 Cu로 치환함으로써 부피 수축(1πλ 및 2πλ)을 특징으로 합니다. 구조적 부피 수축을 포함한 실온 초전도성을 설명하는 알려진 이론은 BR-BCS인데, 부피 수축에 의해 증가된 현장 쿨롱 반발 상호작용 U에 의해 발생하는 DOS의 발산이 BR-BCS Tc에서 실온에 걸쳐 초전도 Tc를 증가시킨다는 것을 시사합니다. λ,²
차원성을 고려할 때, 1차원(D) DOS(=N(0))는 (m*/E*)⁵에 비례하며, 여기서 캐리어의 유효 질량은 m*πm/[1-(U/Uc)²]=m/[1-πω²]이고, 운동 에너지는 E*πEk(1-U/Uc)²=Ek(1-π²)², 퍼콜레이션이 증가하여 π가 증가하는 함수는 도핑 x와 최대 여기 캐리어 수를 생성하는 상관 강도 π1(π1), π대역 충전 인자 0<π≤1)이 정의됩니다. π로 발산하는 유효 2D-DOS* = 2D-DOS(비상호작용_BCS)/[1-πω²]는 2D-DOS* πm* 3D-DOS*π(m*)π.π(E*)π로 발산합니다. 여기서 π1(1-π²)는 π1(π1)로 발산합니다. 1D-DOS* = 1D-DOS(비상호작용_BCS)/[(1-π²))π. π(1-π²)는 같은 조건에서 2D-DOS*와 3D-DOS*보다 큽니다 [그림 8(a)].
BCS-Tc 공식에서 1D-DOS*=N*(0)를 전자-카본 결합 δ*N*(0)V=A 비상호작용에 적용할 때, A=1/[(1-π4π2)π.π(1-π2π)]와 π1(π1)이 주어지면, V는 매력적인 전자-카본 포텐셜이고 약 0.2 eV²로 알려져 있습니다. BR-BCS Tc7에 기초하여, Tc는 π가 1에 접근할 때 상온 이상으로 증가합니다 [그림 8(b) 및 8(c)]. Tc의 계산에서, 데바이 온도는 1D 구조로 간주되는 CuO에서 결정된 TDebye=840 K²⁷로 사용됩니다 [그림 3(c)].
그림 8(b)와 8(c)는 밴드 충전 인자의 값이 더 작음에도 불구하고 1D Tc가 2D 및 3D보다 더 높다는 것을 보여주는데, 이는 결합이 더 강하다는 것을 나타냅니다. BR-BCS 이론은 매력적인 장거리 전자-포논(원자) 상호작용에 의해 결합된 여기된 두 전자의 결합으로 정의된 쿠퍼 쌍 대신 매력적인 전하-밀도-파장 전위(단거리 전자-포논 상호작용)에 의해 강하게 결합된 쌍극자를 사용합니다. π,²π
게다가 강력한 반발 상호작용을 가진 페르미 시스템의 일반적인 초전도 메커니즘은 2D 시스템에서 초전도 Tc가 페르미 온도의 약 10%(TFermi ≥ 10,000 K인 경우)에 달하지만 이 메커니즘은 부피 수축에 관여하지 않는다고 설명했습니다. 홀 초전도 이론은 BCS 이론에서 제안된 것보다 훨씬 더 높은 Tc를 제안했습니다.²
또한, 이미 1차원 초전도성 및 Tc 향상이 공개되었으며, 29,30,31,32

도 8. (a) 현장 쿨롱 반발 상호작용이 존재(또는 부재)하는 경우의 유효 밀도 (DOS)=N(0)* 및 N(0)의 비율을 각각 나타낸다. 이 비율은 π 의 밴드 필링 팩터의 함수로 표현된다. 1차원 (D) DOS는 2차원 및 3차원의 DOS보다 훨씬 크다. 이 공식은 본문에 주어졌다. (b) π* = N(0)*V는 유효 전자-카본 결합 상수이다. V≥0.2 eV는 쿠퍼 페이퍼²에 주어진 전자-카본 결합 전위이다. 쿨롱 상호작용이 존재하지 않을 때는 π-카본 상호작용 = N(0)V는 일정하다. 일반적으로 π-카본 상호작용의 값은 매우 작다. 결정되지 않기 때문에, 값들을 비교하기 위해 몇 가지 값을 선택한다. (c)
BR-BCS Tc는 여러 λNon-Interaction, 1-D Tc는 2차원, 3차원보다 훨씬 크며, 1차원 금속선은 Cu²⁺ -> O1/2 -> Cu²⁺에 의해 형성되므로, CuO에서 계산된 640K의 데바이 온도를 사용합니다.

IV. 결론
대기압에서 1차원적 특성과 상온 이상의 Tc를 모두 나타내는 MLA 구조의 초전도 물질 합성 방법을 성공적으로 개발하였습니다. 초전도성의 존재는 부상 현상 관찰과 무저항 분석을 통해 확인되었습니다. MLA 구조의 독특한 특징은 Pb를 Cu로 치환함으로써 발생하는 부피 수축(1λ)을 포함합니다. 부피 수축(1λ, 2λ)에 의해 증가된 현장 쿨롱 반발 상호작용은 상온 Tc를 설명하는 BR-BCS 이론에서 언급한 바와 같이 초전도 현상을 일으킬 수 있습니다.
또한, 상온 초전도체는 에너지 전송, 운송 및 과학 연구에 잠재적으로 적용되어 상온에서 작동하는 고성능 초전도 와이어 및 자석에 대한 가능성을 열어줍니다.

승인
우리는 1차원 초전도체 연구를 시작한 고(故) 최동식 교수를 인정합니다
대기압으로 상온을 넘나드는 초전도체 연구에 대한 그의 열정은 많은 연구자들에게 깊은 인상을 남겼습니다. 게다가, 우리는 재정적인 지원을 해주신 이세웅 선생님, 이병규 선생님(㈜프로셀테라퓨틱스 대표), 윤상옥 선생님(㈜FINE 회장), 그리고 진심으로 부담과 부담을 나누어주신 방재규 선생님과 김경철 선생님께 감사드립니다
본 연구의 애로사항은 주로 Quantum Energy Research Centre Inc.의 연구개발비를 통해 지원됨. 한국정부출연연구재단(MSIT)(No. 2019R111A1A01059675) 및 고려대학교 교부금(SQUID 측정 담당 권영완 저자의 프로젝트)에서 SQUID 측정을 지원함. 소중한 논평을 해주신 Mumtaz Kazilbash 교수님께 감사드립니다. 
저자 김현탁(H. T. Kim)의 초전도 메커니즘과 금속 절연체(갭노갭) 전이 메커니즘에 대한 지식은 메커니즘 부분을 작성하는 데 높은 기여를 함. ETRI 정보통신기술진흥원(IITP)이 후원하는 프로젝트 [Grant 2017-0-00830]를 포함한 국책과제 수행 과정에서 20여 년간 축적된 지식입니다. Kim은 2022년 11월 ETRI를 떠났습니다.

작성자 선언
이해충돌 
저자들은 공개할 갈등이 없습니다.
작성자 기여
이석배: 개념화(리드), 데이터 큐레이션(동등), 자금조달(리드), 조사(동등), 방법론(동등), 프로젝트 관리(리드), 자원(동등), 소프트웨어(동등), 감리(리드), 검증(동등), 시각화(지원), 작성-원안(동등), 작성-검토 및 편집(동등),
김지훈: 개념화(등가); 데이터 큐레이션(등가); 형식 분석(등가); 조사(등가); 방법론(등가); 프로젝트 관리(등가); 소프트웨어(등가); 감독(등가); 검증(등가); 시각화(등가),
임성연: 데이터 큐레이션(지원), 자금 확보(동등), 자원 확보(동등), 감독(동등), 검증(동등)
안수민: 데이터 큐레이션(지원), 자금 확보(지원), 조사(지원), 프로젝트 관리(지원), 자원(지원), 검증(지원), 작성-원안(지원);
오근호: 자금 확보(지원); 방법론(동등); 프로젝트 관리(지원); 감독(동등); 작성 - 원본 초안(리드).
김현탁은 s파 대칭성을 분석하여 구조해석을 통해 금속-절연체 전이 및 CDW 구조왜곡을 포함한 룸-템-Tc 메커니즘을 만들고 이 논문이 출간될 수 있도록 원고를 작성했습니다.

데이터 가용성
본 연구를 지원하는 데이터는 합리적인 경우 해당 저자로부터 제공됩니다
부탁해요. ------------------------------------------------------------------
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