[論文レビュー] Evidence for Superconductivity at Ambient Temperature and Pressure in Nanostructures

Dev Kumar Thapa, Anshu Pandey|arXiv (Cornell University)|Jul 23, 2018

Physics of Superconductivity and Magnetism参考文献 34被引用数 8

ひとこと要約

本研究では、金マトリックスに埋め込まれたナノ構造銀粒子において、常温・常圧下で超伝導性の証拠が報告されている。零抵抗転移は最大286 Kまで観察され、抵抗率は約10⁻¹² Ω·mにまで低下した。試料はT_C未満で強い反磁性を示し、体積的超伝導行動を示している。また、材料工学的手法によりT_Cをより高い温度へチューニング可能である。

ABSTRACT

The great practical utility has motivated extensive efforts to discover ultra-low resistance electrical conductors and superconductors in ambience. Here we report the observation of vanishingly small electrical resistance at the ambient temperature and pressure conditions in films and pellets of a nanostructured material that is composed of silver particles embedded into a gold matrix. Upon cooling below a sample-specific temperature scale ($T_{C}$) as high as $286$ K, the film resistance drops below $\sim 2\mu\Omega$, being limited by measurement uncertainty. The corresponding resistivity ($\sim 10^{-12}$ $\Omega$.m) is at least four orders of magnitude below that of elemental noble metals, such as gold, silver or copper. Furthermore, the samples become strongly diamagnetic below $T_{C}$, with volume susceptibilities as low as -0.056. We additionally describe methods to tune $T_{C}$ to temperatures much higher than room temperature.

研究の動機と目的

• 常温・常圧下におけるナノ構造材料に於ける超伝導性の出現を調査すること。
• 室温下のナノ構造複合材料において、極めて低い抵抗率と反磁性反応が共存可能かどうかを特定すること。
• このような系における超伝導転移温度（T_C）のチューニング可能性を調査すること。

提案手法

• ナノ構造化技術を用いて、金マトリックス中に銀ナノ粒子を埋め込んだ薄膜およびペレットの作製。
• 零抵抗の開始を特定するために、広い温度範囲で電気的抵抗を測定。
• SQUID磁化計測を用いて、T_C未満で反磁性応答を検出。超伝導行動の確認に寄与。
• ナノ粒子のサイズ、密度、マトリックス組成を系統的に変化させ、T_Cのチューニングを試みた。
• 抵抗率および体積磁化率の分析により、超伝導特性の確認を実施。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 常温・常圧下で、ナノ構造的Ag/Au複合材料に超伝導性が観察可能か？
• RQ2 これらのナノ構造材料で達成可能な最大T_Cはどの程度か？
• RQ3 これらの材料における抵抗率は、元素状の貴金属（銀、金、銅）の抵抗率よりもどの程度低くなるか？
• RQ4 T_C未満での磁気的応答が、体積的超伝導の存在をどの程度支持するか？
• RQ5 材料設計による制御により、T_Cを室温を超えるようにエンジニアリング可能か？

主な発見

• 常温・常圧下で、Ag/Auナノ構造薄膜およびペレットにおいて、最大286 Kの超伝導転移温度（T_C）が観察された。
• T_C未満で電気的抵抗が約2 μΩ未満に低下し、ほぼ零抵抗状態を示し、対応する抵抗率は約10⁻¹² Ω·mであった。
• T_C未満で体積磁化率が-0.056まで低下し、超伝導体に特徴的な強い反磁性を確認した。
• この材料の抵抗率は、単体の銀、金、銅の抵抗率よりも少なくとも4桁以上低い。
• Ag/Auマトリックスの制御されたナノ構造化および組成工学的手法により、T_Cをより高い温度へチューニング可能である。