室温超导神话！太赫兹Onyx系统助力电性能无损检测

我们会见证超导时代的到来吗？

从7月底开始，“室温超导”风暴席卷全球，韩国团队在arXiv上传了两篇论文，宣称成功合成了世界上第一个室温常压超导体——改性铅磷灰石晶体结构（LK-99）[1]

该实验结果引起了科研界热议，与此同时，各国迅速展开重复实验，包括中国高校以及美国相关公司、实验室，然而，无论是实验还是理论计算，不同的论文结果却大相径庭。有的论文给出了支持超导的几项证据[2][3]，有的却说只是普通磁性材料[4]，甚至是杂质的假信号[5]。LK-99的前景也随着论文的更新不停反转，笼罩在LK-99上的迷雾似乎越发浓重。

众所周知，电流的传导需要电子的移动，而温度则与原子的振动有关。电子在移动时，会受到振动的原子的阻碍，形成电阻。一般来说，温度越高，电阻越大；反之亦然。常温超导就是在材料的临界温度以下，原子停止振动，电子可以自由通过，从而实现零电阻的状态。

在过去的数十年里，人们一直努力提高超导材料的临界温度。从1911年到1986年的75年间，临界温度仅从4K提高到23K，再到1986年达到35K。目前大规模应用的超导材料是1987年发现的一种，但它依然需要在液氮温区工作，液氮的温度为零下196℃。因此，现在有研究人员声称发现常压常温超导材料，如果为真，则将是一项具有历史性突破的成就。

新的超导材料要想获得认可，既需要作者给出令人信服的数据，又需要其他同行能够重复出同样的效果。要想确定一种新材料是否具有超导性，总需要用一台仪器对一块样品做点什么。因此，对疑似超导体的验证工作至少可以分成两大部分：获得一块高质量的样品，和对样品完成测试。

制备样品需要复杂的合成步骤，以及多次验证，获得到一份完整纯净的样品就不是一件易事。就算获得了堪用的样品，怎样用它测出有服力的数据同样是一件技术活：常规的测电阻的方法而言，比如四探针法，样品首先需要清洁打磨——如果磨的力量轻了，样品表面的杂质没被剥离，就会带来假信号；如果磨得重了，样品可能直接四分五裂。磨好以后，还要并排粘上四根导电电极。电极要粘得平行等长，彼此还要留出足够的距离。从打磨到粘电极，这些显微镜下的精细活都要迅速完成，不然样品在空气中氧化变质，前面的工作就会全部前功尽弃了。

实际上在样品表征的这一步，如果有更为简单的非接触式的电阻检测技术，那对于超导材料的验证将会变得更加容易。针对薄膜以及二维材料的电参数无损检测需求，虹科提供基于太赫兹技术的Onyx系统，能够无损伤、非接触式地测量材料的多种电参数，助力超导材料的研究！

虹科方案：太赫兹Onyx系统

太赫兹波位于微波与红外之间，具有诸多优异性质，比如没有电离辐射，对非极性材料的优异穿透性，以及非接触式的工作方式，在缺陷检测、涂层测厚、参数表征功能方面具有极佳的应用前景。

虹科Onyx系统基于先进的太赫兹技术与专业算法，它是市场上第一个旨在为石墨烯、薄膜和其他2D材料提供非破坏性和非接触式全面积表征的系统。

Onyx系统特点

可测面积大：从1x1mm到200x200mm (8")，可定制更大面积(m²)

适用范围广：可用于多种形态的石墨烯与碳纳米管、旋涂光树脂、PEDOT、GaN等其他二维材料

高分辨率快速表征：分辨率高达50um，扫描速度最高12mm²/min

多种参数：一次测量，即可得多种数据，包括电导率、电阻率、折射率、电荷载流子迁移率、电荷载流子密度、介电常数ε'与ε”、吸收功率、单频特性、厚度

Onyx系统通过以非破坏性和非接触方式表征从 >1 mm² 到大面积 (m²) 样品的特性，填补了宏观和纳米级工具之间的技术空白，从而促进了材料研究领域的工业化。这种技术是无损检测的，不需要样品制备，并且可以测量样品质量的空间分布。几百微米量级的空间分辨率与太赫兹信号的快速采集和处理使得 Onyx 能够快速表征大面积的样品区域。

Onyx 符合 IEC TS 62607-6-10：2021 技术规范。IEC TS 62607-6-10：2021涉及使用太赫兹时域光谱法测量基于石墨烯的材料的薄片电阻。

太赫兹技术与传统电参数测量技术相比，具有明显优势，对比见下表：

案例分享：Onyx系统测量材料的电参数

Onyx系统已被CIEMAT、NanoGune、IHP等多个客户用于石墨烯、光伏器件以及半导体晶圆等材料的电参数性能无损表征，并有推广工业应用的巨大潜力。

01. ITO——查看材料之间的电性能差异

02. GaN——Onyx可以发现GaN层与GaN棒上的差异

03. 在Si-ALD上的TiN

200 mm 尺度的椭偏和电导率图的相关性：3% 的厚度均匀度与4% 的电阻率均匀度

04. ALD-ZnO 薄膜检测

虹科Onyx 可以发现 ALD 过程中的损失并检查样品的质量

05. 更多可测量材料

因此，太赫兹Onyx系统能够为材料科研提供更加简便、更加高效的电参数测量手段，不再需要复杂的样品制备工作，兼顾了高速以及高分辨率的优势，有望助力未来的室温超导的电参数实验验证！

写在最后

据环球网援引韩联社8月3日报道，自韩国量子能源研究所研究团队公开在常温常压条件下制造超导物质“LK-99”的论文后，韩国超导低温学会经过科学研判，认为“LK-99”并非室温超导体，因为实验材料没有完全表现出“迈斯纳现象”，且该韩国研究团队成员拒绝提交样本进行测试。目前，韩国团队所提出的室温超导结果仍无定论。或许，未来会有更多的“室温超导材料”出现又被证伪；或许，常压室温超导根本就不存在。但人类对超导的探索不会停止，这是工程学的期盼，也是科学的追求。

参考文献

[1]Qiang Hou, Wei Wei, Xin Zhou, Yue Sun & Zhixiang Shi. 2023. Observation of zero resistance above 100 K in Pb10-xCux(PO4)6O[J].

[2]Hao Wu, Li Yang, Bichen Xiao & Haixin Chang. 2023.Successful growth and room temperature ambient-pressure magnetic levitation of LK-99[J].

[3]Kaizhen Guo, Yuan Li, Shuang Jia. 2023.Ferromagnetic half levitation of LK-99-like synthetic samples[J].

[4]Shilin Zhu, Wei Wu, Zheng Li, Jianlin Luo. 2023.First order transition in Pb10−xCux(PO4)6O (0.9

[5]中科院物理研究所.那些年的室温超导疑云，后来都怎么样了？

审核编辑 黄宇