[논문 리뷰] Evidence for Superconductivity at Ambient Temperature and Pressure in Nanostructures

Dev Kumar Thapa, Anshu Pandey|arXiv (Cornell University)|2018. 07. 23.

Physics of Superconductivity and Magnetism참고 문헌 34인용 수 8

한 줄 요약

이 연구는 대기압과 실온 조건에서 금 기반 매트릭스에 내장된 나노구조 은 입자에서 초전도성의 증거를 보고한다. 0 저항 전이가 최대 286 K에서 관찰되었으며, 전기 저항도 약 10⁻¹² Ω·m 수준으로 매우 낮다. 시료는 T_C 이하에서 강한 반자성을 나타내어 부피 초전도 거동를 나타내며, 재료 공학을 통해 T_C를 더 높은 온도로 조절할 수 있다.

ABSTRACT

The great practical utility has motivated extensive efforts to discover ultra-low resistance electrical conductors and superconductors in ambience. Here we report the observation of vanishingly small electrical resistance at the ambient temperature and pressure conditions in films and pellets of a nanostructured material that is composed of silver particles embedded into a gold matrix. Upon cooling below a sample-specific temperature scale ($T_{C}$) as high as $286$ K, the film resistance drops below $\sim 2\mu\Omega$, being limited by measurement uncertainty. The corresponding resistivity ($\sim 10^{-12}$ $\Omega$.m) is at least four orders of magnitude below that of elemental noble metals, such as gold, silver or copper. Furthermore, the samples become strongly diamagnetic below $T_{C}$, with volume susceptibilities as low as -0.056. We additionally describe methods to tune $T_{C}$ to temperatures much higher than room temperature.

연구 동기 및 목표

• 실온 조건에서 나노구조 재료에 초전도성이 나타나는지 조사하기.
• 실온에서 초저항과 반자성 반응이 나노구조 복합재에서 동시에 존재할 수 있는지 확인하기.
• 이러한 시스템에서 초전도 전이 온도(T_C)의 조절 가능성을 탐색하기.

제안 방법

• 나노구조화 기술을 사용하여 은 나노입자가 금 기반 매트릭스에 내장된 박막 및 패밀을 제작하기.
• 0 저항 전이의 시작점을 식별하기 위해 온도 범위에서 전기 저항 측정하기.
• SQUID 자화도 측정기를 사용하여 T_C 이하에서 반자성 반응을 감지하고, 초전도 거동을 확인하기.
• 나노입자의 크기, 밀도, 매트릭스 조성을 변화시켜 T_C를 조절하기.
• 초전도 특성을 확인하기 위해 전기 저항 및 부피 자화율 분석하기.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 나노구조 Ag/Au 복합재에서 대기압과 실온 조건에서 초전도성을 관찰할 수 있는가?
• RQ2 이 나노구조 재료에서 달성 가능한 최대 T_C는 얼마인가?
• RQ3 이러한 재료에서 전기 저항이 원소 귀금속(은, 금, 구리)의 저항보다 얼마나 낮아지는가?
• RQ4 T_C 이하에서의 자성 반응이 부피 초전도성 존재를 어떻게 뒷받침하는가?
• RQ5 재료 설계를 통해 T_C를 실온을 초월하도록 공학적으로 조절할 수 있는가?

주요 결과

• 대기 조건에서 Ag/Au 나노구조 박막 및 패밀에서 최대 286 K까지의 초전도 전이 온도(T_C)가 관찰되었다.
• T_C 이하에서 전기 저항이 약 2 μΩ 이하로 떨어져 거의 0 저항 상태임을 나타내었으며, 이에 해당하는 전기 저항도 약 10⁻¹² Ω·m 수준이었다.
• T_C 이하에서 부피 자화율이 최소 -0.056까지 도달하여 초전도체 특성에 해당하는 강한 반자성을 확인하였다.
• 이 재료의 전기 저항은 원소 은, 금, 구리의 전기 저항보다 최소 4개 온도 이상 낮았다.
• 은/금 매트릭스의 제어된 나노구조화 및 조성 공학을 통해 T_C를 더 높은 온도로 조절할 수 있었다.