[論文レビュー] Observation of zero resistance above 100$^\circ$ K in Pb$_{10-x}$Cu$_x$(PO$_4$)$_6$O

Qiang Hou, Wei Wei+3 more|arXiv (Cornell University)|Aug 2, 2023

Physics of Superconductivity and Magnetism参考文献 17被引用数 11

ひとこと要約

本研究は、固相法で合成された多結晶 Pb$_{10-x}$Cu$_x$(PO$_4$)$_6$O において100 Kを超える温度で電気抵抗がゼロになる観察を報告しており、潜在的な超伝導性を示唆する。

ABSTRACT

Room-temperature superconductivity has always been regarded as the ultimate goal in the fields of solid-state physics and materials science, with its realization holding revolutionary significance, capable of triggering significant changes in energy transmission and storage. However, achieving it poses various challenges. Recent research revealed that material Pb$_{10-x}$Cu$_x$(PO$_4$)$_6$O displays room-temperature superconductivity under atmospheric pressure, sparking global interest in further exploration. Here, we utilized solid-phase synthesis to obtain a polycrystalline sample of Pb$_{10-x}$Cu$_x$(PO$_4$)$_6$O. X-ray diffraction confirmed its structural consistency with referenced literature. Zero resistance, which is important evidence for superconductivity, was observed above 100$^\circ$ K under ambient pressure in our experiment. Our finding indicates that Pb$_{10-x}$Cu$_x$(PO$_4$)$_6$O is a possible candidate for searching high-temperature superconductors.

研究の動機と目的

• 信頼性のある電気測定を可能にするために、Cu含有量と構造品質を制御した Pb10-xCux(PO4)6O を合成する。
• 輸送・磁気測定を提供し、超伝導様挙動と磁場下での頑健性を評価する。
• Pb10-xCux(PO4)6O における室温超伝導性の探索を動機づけ、常圧下での高温超伝導体としての実現可能性を評価する。

提案手法

• Pb10-xCux(PO4)6O を固相焼結法で4つの前駆体ルートを用いて合成し、Pb2(SO4)O または Pb3O2SO4 および Cu3P の比を変化させる。
• 前報告との整合性を確認するため、X線回折法で相形成と構造を特徴付ける。
• 試料の小片に四端子法で面内電気抵抗を測定し、磁場は最大9 Tまで印加する。
• 振動サンプル磁化計を用いて磁化測定を実施し、Meissner効果を探索する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 Pb10-xCux(PO4)6O は常圧下で100 Kを超える温度で抵抗ゼロを示すことができるか？
• RQ2 観察された抵抗ゼロは印加磁場に対して頑健であり、超伝導の兆候と一致するか？
• RQ3 Pb10-xCux(PO4)6O において潜在的な超伝導挙動を再現するのに必要な相および構造品質は何か？
• RQ4 材料はバルク超伝導性を示すMeissner効果を示すか？

主な発見

• サンプル S1 で100 K above の抵抗ゼロを観察し、Tc は約110 K、零磁場でゼロ抵抗状態が110 K まで持続する。
• 磁場を最大5 Tまで印加すると Tc の onset は徐々に抑制される一方、いくつかの条件で Tc zero は110 K を超えたまま、より大きな磁場では抵抗挙動が異常になる。
• 磁化測定は明らかな Meissner 信号を示さず、測定サンプル中の超伝導体体積率が小さいことを示唆している。
• XRD は合成した Pb10-xCux(PO4)6O 相が文献と一致することを確認し、S1 の回折パターンは文献に報告されたサンプルと一致しており、合成が成功したことを裏付ける。