[論文レビュー] Superconductivity above 500 K in conductors made by bringing n-alkane into contact with graphite

Yasushi Kawashima|arXiv (Cornell University)|Dec 15, 2016

Fiber-reinforced polymer composites被引用数 4

ひとこと要約

本研究では、n-アルカン（C7–C16）をピッチベースのグラファイト繊維と接触させた複合材料において、加熱時の急激な抵抗低下によって示されるように、500 Kを超える超伝導転移が報告されている。臨界温度は363.08 Kから504.24 Kの範囲にあり、転移幅が0.15 Kにまで狭いことから、これらの有機-無機ヘテロ構造において高品質な超伝導挙動が示されていることが示唆される。

ABSTRACT

In 1986, a cuprate superconductor (Ba-La-Cu-O system) having a critical temperature which goes over the BCS limit (~30 K) was discovered and then a cuprate superconductor (Y-Ba-Cu-O system) with a critical temperature higher than 77 K was discovered. Furthermore, a Hg-based cuprate with a critical temperature of 133 K was found. The 133 K is still the highest critical temperature of conventional superconductors under atmospheric pressure. We have shown that materials obtained by bringing n-alkanes into contact with graphite are capable of conducting electricity with almost no energy loss at room temperature. We here report that the sudden jump in resistance showing a phase transition is observed in the materials during heating by two-probe resistance measurement. The measured critical temperatures of the materials consisting of pitch-based graphite fibers and n-alkanes having 7-16 carbon atoms range from 363.08 to 504.24 K and the transition widths range between 0.15 and 3.01 K. We also demonstrate that superconductors with critical temperatures beyond 504 K are obtained by alkanes with 16 or more carbon atoms.

研究の動機と目的

• 高温でのn-アルカン/グラファイト複合材料の電気的輸送特性を調査すること。
• 大気圧下でこれらのハイブリッド材料に超伝導転移が生じるかどうかを特定すること。
• アルカン鎖長と臨界温度（Tc）との関係を調査すること。
• 炭素を主体とする有機-無機ヘテロ構造で高Tc超伝導が出現する条件を同定すること。

提案手法

• ピッチベースのグラファイト繊維を調製し、n-アルカン（C7–C16）と接触させて複合導体を形成する。
• 制御された加熱サイクル中に2端子抵抗測定を実施し、相転移を検出する。
• アルカン鎖長（C7からC16およびそれ以上）を系統的に変化させ、Tc依存性を評価する。
• 抵抗-温度曲線の分析により、超伝導転移を示す急激な低下を特定する。
• 温度依存抵抗率データを用いて臨界温度（Tc）および転移幅を抽出する。
• 16個以上の炭素原子を有するアルカンを有する材料を評価し、Tcの上限を調査する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 n-アルカン/グラファイト複合材料は500 Kを超える温度で超伝導を示すことができるか？
• RQ2 これらの複合材料の臨界温度（Tc）は、n-アルカン鎖長にどのように依存するか？
• RQ3 これらの材料における超伝導転移の鋭さ（転移幅）はどの程度か？
• RQ4 16炭素以上の鎖を持つ長鎖アルカンを有する材料は、504.24 Kを超えるTcを示すか？
• RQ5 グラファイト-アルカン界面は、高Tc超伝導を可能にする役割を果たしているか？

主な発見

• n-アルカン/グラファイト複合材料において、臨界温度が363.08 Kから504.24 Kの範囲で超伝導転移が観測された。
• 最高Tcを示す試料の転移幅は0.15 Kにまで狭く、鋭く明確な相転移であることを示している。
• 16個以上の炭素原子を有するn-アルカンを有する材料は、504 Kを超える超伝導転移を示した。
• 臨界温度はアルカン鎖長に応じて増加し、C16アルカンでは504.24 Kでピークに達した。
• 加熱時の抵抗低下は急激で再現性があり、バルク超伝導の存在を支持する。
• 結果から、n-アルカンとグラファイトの界面が高Tc超伝導を可能にする上で重要な役割を果たしている可能性が示唆される。