[論文レビュー] Observations of zero electrical resistance of Au-Ag thin films near room temperature

M. K. Hooda, Pawan Kumar+2 more|arXiv (Cornell University)|Jun 3, 2019

Surface and Thin Film Phenomena参考文献 4被引用数 4

ひとこと要約

本研究では、DCスパッタリング法で作成されたSiO2/Si基板上に形成されたAu-Ag薄膜において、243 K〜275 Kの温度範囲で電気抵抗がゼロになる現象が観測された。これは室温に近い温度帯である。抵抗の抑制と磁場への感受性は興味深いが、空間的非均一性と超伝導的挙動の不安定性が再現性を損なっており、均一でない、あるいは一時的な超伝導的挙動である可能性を示唆しており、バルク的で安定した超伝導性とは異なる。

ABSTRACT

Recent observations of superconducting like transition at 286 K in Ag and Ag nanostructures by Thapa et al. (arxiv: 1807.08572) have rekindled the hope for room temperature superconductivity under ambient conditions. We also investigated the electrical properties of Ag-Au nanostructure in the form of thin film grown on SiO2/Si substrate by DC sputtering and observed signature of zero resistance in the temperatures range of 243 K to 275 K. While the observed electrical resistance of samples shows intriguing and perplexing behavior under temperature cycling and external magnetic field; the large spatial inhomogeneity present in thin film hampers the reproducibility indicating the stability issues associated with superconducting like phase.

研究の動機と目的

• 室温超伝導の可能性を有するAu-Ag薄膜の電気的性質を調査すること。
• 常温条件下におけるAu-Agナノ構造で抵抗ゼロが観測されるかどうかを特定すること。
• 温度サイクリングおよび外部磁場の下での薄膜における超伝導的挙動の安定性と再現性を評価すること。
• 材料の非均一性が超伝導的シグナルをどのように隠蔽または歪めるかを調査すること。

提案手法

• SiO2/Si基板上にDCマグネトロンスパッタリング法を用いてAu-Ag薄膜を作成する。
• 4.2 K〜300 Kの温度範囲で、電気的抵抗を温度関数として測定する。
• 超伝導的特性を調べるために、抵抗測定中に外部磁場を印加する。
• 再現性と抵抗低下の安定性を評価するために、温度サイクリング実験を実施する。
• 走査型電子顕微鏡および構造解析を用いて、薄膜の表面形態と非均一性を評価する。
• 既知の超伝導転移および理論的予測と抵抗挙動を比較する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 Au-Ag薄膜は、常温条件下で室温に近い温度帯で電気的抵抗ゼロを示すことができるか？
• RQ2 外部磁場の影響に対して、超伝導的挙動に類する抵抗低下はどのように応答するか？
• RQ3 温度サイクリングが抵抗低下の安定性と再現性に与える影響は何か？
• RQ4 薄膜内の空間的非均一性が超伝導的挙動の観測に及ぼす影響はどの程度か？
• RQ5 観測された抵抗低下は、真の超伝導性を示しているのか、それとも非均一または一時的な相の影響によるアーティファクトなのか？

主な発見

• Au-Ag薄膜において、243 K〜275 Kの温度範囲で電気的抵抗がゼロになる現象が観測された。
• 抵抗低下は外部磁場に感受性を示し、可能ないくつかの超伝導的挙動を示唆している。
• 温度サイクリングの結果、抵抗挙動が一貫せず、超伝導的挙動の不安定性が示された。
• 薄膜に顕著な空間的非均一性が認められ、再現性の制限要因として大きな要因となった。
• 観測された抵抗低下は、従来の超伝導体が示す急峻で明確な転移とは異なる。
• 結果から、バルク的で安定した超伝導性ではなく、非均一または一時的な超伝導相が存在している可能性が示唆された。