[論文レビュー] Intrinsic hysteresis in the presumed superconducting transition of hydrides under high pressure

J. E. Hirsch, F. Marsiglio|arXiv (Cornell University)|Jan 18, 2021

High-pressure geophysics and materials参考文献 28被引用数 5

ひとこと要約

この論文は、高圧ヒドライドにおける抵抗の低下が、従来は超伝導転移と解釈されていたが、それは本質的にヒステリシスを示しており、従来の超伝導体が予想される第二準位転移ではなく、第一準位転移であることを示唆している。この本質的ヒステリシスは、これらの材料が超伝導体であるという解釈を揺るがし、代わりに非超伝導的な第一準位転移を経るか、そもそも超伝導体でない可能性を示している。

ABSTRACT

Superconducting transitions in the absence of magnetic field should be non-hysteretic. Here we address the fact that the drops in electrical resistance that have been interpreted as evidence of superconductivity in several hydrides under high pressure (so-called "superhydrides") show hysteresis. We argue that the experimental evidence shows that the observed hysteresis cannot be attributed to experimental artifacts but is intrinsic to the samples. Assuming that the drops in resistance signal a thermodynamic phase transition, we argue that the presence of intrinsic thermal hysteresis indicates that these are first order transitions, whereas for standard superconductors the transition in the absence of applied magnetic field is always second order. We conclude that this is another feature that qualitatively distinguishes superhydrides from standard superconductors, in addition to the ones that have been pointed out earlier [1,2], $assuming$ these materials are superconductors. Alternatively and more likely, whether or not the drops in resistance signal a thermodynamic phase transition, our analysis indicates that superhydrides are not superconductors.

研究の動機と目的

• 高圧ヒドライドにおける電気抵抗の低下に観察されたヒステリシスの起源を調査すること。これは、従来は超伝導転移と解釈されていた。
• ヒステリシスが実験的アーティファクトであるのか、材料の本質的性質であるのかを特定すること。
• 本質的ヒステリシスの存在が第一準位転移を示唆するか、零磁場下での超伝導体が期待される第二準位挙動と矛盾するかを評価すること。
• 観察された現象が超伝導性と整合するのか、それとも別の熱力学的相転移を示唆するのかを評価すること。
• 第一準位転移の影響を考慮に入れながら、高圧下のスーパーヒドライドにおける超伝導性の証拠を再検討すること。

提案手法

• 高圧ヒドライドからの実験的抵抗データを分析し、転移領域におけるヒステリシスを特定すること。
• 再現性と測定間の一貫性を評価することで、実験的アーティファクトと材料の本質的挙動を区別すること。
• 熱力学的原則を適用し、特に第一準位転移と第二準位転移の違いを評価すること。
• 磁場の存在を基準とする重要な基準としての利用：零磁場下での超伝導転移は第二準位であると予想され、ヒステリシスを示さない。
• 抵抗の低下が熱力学的相転移を示すと仮定した場合、その整合性を評価すること。
• 標準的超伝導体とスーパーヒドライドの挙動を比較し、転移特性における定性的な違いを浮き彫りにすること。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 高圧ヒドライドにおける抵抗低下のヒステリシスは、実験的アーティファクトによるものか、材料の本質的性質によるものか？
• RQ2 本質的ヒステリシスの存在が、零磁場下での超伝導体が期待される第二準位挙動と矛盾する第一準位転移を示唆するか？
• RQ3 スーパーヒドライドにおける抵抗低下を熱力学的相転移と解釈できるか？ もしそうなら、どのような種類の転移であるか？
• RQ4 ヒステリシスを含むスーパーヒドライドの観察された特徴は、従来の超伝導体の既知の挙動と整合するか？
• RQ5 これらの材料における超伝導性の証拠は頑健なのか、それとも別の非超伝導的相転移を示唆するのか？

主な発見

• 高圧ヒドライドにおける抵抗低下のヒステリシスは、実験的アーティファクトではなく、材料固有の性質である。
• 本質的熱的ヒステリシスの存在は、転移が第一準位であることを示しており、零磁場下での超伝導転移が第二準位であると予想されるのと矛盾する。
• この第一準位特性は、スーパーヒドライドと標準的超伝導体との間で顕著な定性的な違いを示し、抵抗低下が超伝導性を示すと仮定する考えを揺るがす。
• 分析の結果、スーパーヒドライドは非超伝導的な第一準位転移を経るか、そもそも超伝導体でない可能性がある。
• 抵抗低下が熱力学的に実在の転移を示すとしても、それらが超伝導性の証拠であるという解釈に対して深刻な疑問を呈している。