[論文レビュー] Superconductivity at T=200K in Bismuth Cuprates Synthesized Using Solar Energy

J. G. Chigvinadze, Juana Vivó Acrivos+3 more|arXiv (Cornell University)|Oct 28, 2017

Physics of Superconductivity and Magnetism参考文献 29被引用数 4

ひとこと要約

本研究では、太陽光を用いて合成され、急速冷却処理が施されたビスマス酸化バリウム銅酸化物系で、200 Kにおける超伝導性が報告された。フィールド・クーリング実験により、200 Kで明著な減衰ピークが観測され、これは凍結されたストリング状の磁気フォノン構造の徐々な熱的解放に起因するとされ、240 Kを超える温度でも超伝導的挙動が継続している可能性を示唆している。

ABSTRACT

When investigating low-frequency (0.1 Hz) oscillations of miltiphase high-temperature cuprate superconductors (HTSC) Bi1,7Pb0,3Sr2Ca(n-1)CunOy (n=2-30), a wide attenuation peak with a maximal at T=200K detected. This peak was particularly pronounced in field cooling (FC) experiments, i.e. after abrupt cooling of the sample in the external magnetic field at the temperature T less Tc with subsequent slow warming up to room temperature with invariance of applied field. The attenuation peak height depended on the preliminary orientation (before cooling) of the samples in the measured permanent magnetic field H. On the one hand, it is well khow that, after the FC procedure and subsequent slow warming up, at the temperatures close to the critical temperature Tc, the attenuation peak associated with "melting" of the Abrikosov frozen vortex structure and its disappearance at T more Tc is detected in monophase samples. At the same time, in most multiphase bismuth HTSC samples, synthesized using solar energy and superfast quenching of the melt, the attenuation peak with the maximum at T=200K was observed. Depending on the conditions of synthesis, the attenuation peak could be two-humped and could be located in the temperature range much wider than Tc of the major superconducting phase. We assume that this is due to the existence of frozen magnetic fluxes (after FC) in superconducting "dropping" regions, which gradually (with increasing temperature) transfer into the normal state and release pinned vortex threads. This fact could be a sause of observed dissipative processes, so as also the evidence of the existence of superconductivity at T more 240K.

研究の動機と目的

• 太陽光を用いて合成され、超高速クエンチング処理が施された多相系ビスマス酸化バリウム銅酸化物における低周波数振動の調査。
• フィールド・クーリングプロトコルで観測された200 Kにおける顕著な減衰ピークの起源の特定。
• 観測された散乱挙動が240 Kを超える温度でも超伝導性を示しているかどうかの評価。
• 磁場中でのサンプル事前整列が減衰ピーク高さに与える影響の検討。
• 多成分超伝導領域における凍結磁束の役割の調査。

提案手法

• 多相系ビスマス酸化バリウム銅酸化物試料（Bi1.7Pb0.3Sr2Ca(n-1)CunOy, n=2–30）に対して、低周波数（0.1 Hz）の振動測定を実施。
• 外部磁場下でTc未満まで冷却し、その後ゆっくりと室温まで加熱するフィールド・クーリング（FC）手順を実施。
• 冷却前の磁場中におけるサンプル初期方位を変化させ、その影響が減衰ピークに与える影響を評価。
• 減衰ピークの温度依存性を分析し、ストリング状のストリング構造の融解に関連する転移を特定。
• ピーク位置および形状を、主相の超伝導転移温度（Tc）と照合。
• 減衰ピークの有無および挙動を、ストリングダイナミクスおよび可能性のある高温超伝導性の指標として用いた。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 太陽光で合成されたフィールド・クールドの多相系ビスマス酸化バリウム銅酸化物で観測された200 Kにおける顕著な減衰ピークの原因は何か？
• RQ2 磁場中でのサンプル事前整列が200 Kの減衰ピーク高さに与える影響は何か？
• RQ3 200 Kでの観測された散乱挙動は、超伝導領域における凍結ストリング状の磁束の熱的解放に起因するものとみなせるか？
• RQ4 200 Kのピークが、240 Kを超える温度での超伝導性を示しているとみなせるか？
• RQ5 一部のサンプルでは減衰ピークが広く、多峰性を示すが、これは合成条件とどのように関係しているのか？

主な発見

• 太陽光による合成と急速クエンチング処理が施されたフィールド・クールドの多相系ビスマス酸化バリウム銅酸化物において、200 Kに中心を持つ顕著な減衰ピークが一貫して観測された。
• ピーク高さは、磁場中でのサンプル冷却前の方位に強く依存しており、磁場依存のストリングピンニングを示唆した。
• 減衰ピークは、主なTc転移とは異なり、超伝導領域からの凍結ストリング状の磁束スレッドの徐々な熱的解放に起因するとされた。
• ピークは、主相のTcよりも広い温度範囲にわたり持続していたため、複数または準安定な超伝導相が存在する可能性を示唆した。
• 200 Kでの観測された散乱挙動は、240 Kを超える温度でも超伝導性が存在する間接的証拠を示した。
• 超高速クエンチングによる溶融状態の急冷処理で形成された複雑な多相微細構造を有するサンプルで、この現象が最も顕著に観測された。