[논문 리뷰] Intrinsic hysteresis in the presumed superconducting transition of hydrides under high pressure

J. E. Hirsch, F. Marsiglio|arXiv (Cornell University)|2021. 01. 18.

High-pressure geophysics and materials참고 문헌 28인용 수 5

한 줄 요약

논문은 고압 수소화물에서 관측된 저항 감소 현상이 이전에 초전도 전이로 해석되었지만, 이는 본질적으로 히스테리시스를 보이며, 전통적인 초전도체에서 예상되는 두 번째 계급 전이가 아니라 첫 번째 계급 전이임을 주장한다. 이 본질적 히스테리시스는 이러한 물질들이 초전도체로 간주되는 것을 도전하며, 비초전도적 첫 번째 계급 전이이거나 실제로 초전도체가 아닐 가능성까지 제기한다.

ABSTRACT

Superconducting transitions in the absence of magnetic field should be non-hysteretic. Here we address the fact that the drops in electrical resistance that have been interpreted as evidence of superconductivity in several hydrides under high pressure (so-called "superhydrides") show hysteresis. We argue that the experimental evidence shows that the observed hysteresis cannot be attributed to experimental artifacts but is intrinsic to the samples. Assuming that the drops in resistance signal a thermodynamic phase transition, we argue that the presence of intrinsic thermal hysteresis indicates that these are first order transitions, whereas for standard superconductors the transition in the absence of applied magnetic field is always second order. We conclude that this is another feature that qualitatively distinguishes superhydrides from standard superconductors, in addition to the ones that have been pointed out earlier [1,2], $assuming$ these materials are superconductors. Alternatively and more likely, whether or not the drops in resistance signal a thermodynamic phase transition, our analysis indicates that superhydrides are not superconductors.

연구 동기 및 목표

• 고압 수소화물에서 관측된 저항 감소 현상이 이전에 초전도 전이로 해석된 이유를 조사하는 것.
• 히스테리시스가 실험적 오류인지 물질의 본질적 성질인지 판단하는 것.
• 본질적 히스테리시스 존재가 초전도체에서 기대되는 제로 자기장 조건에서의 두 번째 계급 거동과 모순되는 첫 번째 계급 전이를 암시하는지 평가하는 것.
• 관측된 현상이 초전도성과 일치하는지, 아니면 다른 열역학적 전이를 시사하는지 평가하는 것.
• 첫 번째 계급 전이의 영향을 고려하여 고압 하의 슈퍼수소화물에서의 초전도성에 대한 증거를 재검토하는 것.

제안 방법

• 고압 수소화물의 실험적 저항 데이터를 분석하여 전이 영역에서의 히스테리시스를 식별하는 것.
• 재현성과 측정 간 일관성 평가를 통해 실험적 오류와 물질의 본질적 거동를 구분하는 것.
• 특히 첫 번째 계급 전이와 두 번째 계급 전이의 차이를 평가하기 위해 열역학 원리를 적용하는 것.
• 자기장이 없는 조건을 핵심 기준으로 삼는 것: 제로 자기장에서의 초전도 전이는 두 번째 계급이어야 하며, 히스테리시스를 보이지 않는다.
• 관측된 저항 감소가 열역학적 전이를 시사한다고 가정할 때, 그 일관성을 평가하는 것.
• 표준 초전도체와의 비교를 통해 슈퍼수소화물의 전이 특성에서의 정성적 차이를 부각하는 것.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 고압 수소화물에서 관측된 저항 감소의 히스테리시스는 실험적 오류인지 물질의 본질적 성질인지?
• RQ2 본질적 히스테리시스 존재가 제로 자기장 조건에서 예상되는 두 번째 계급 거동과 모순되는 첫 번째 계급 전이를 암시하는가?
• RQ3 슈퍼수소화물의 저항 감소는 열역학적 전이로 해석될 수 있으며, 만약 그렇다면 어떤 유형의 전이인가?
• RQ4 히스테리시스를 포함한 슈퍼수소화물의 관측된 특성들이 기존 초전도체의 알려진 거동과 일치하는가?
• RQ5 이 물질들에서의 초전도성에 대한 증거는 탄탄한가, 아니면 다른 비초전도적 전이를 시사하는가?

주요 결과

• 고압 수소화물에서 관측된 저항 감소의 히스테리시스는 실험적 오류가 아니라 물질의 본질적 성질이다.
• 본질적 열 히스테리시스 존재는 전이가 첫 번째 계급임을 시사하며, 이는 제로 자기장 조건에서 예상되는 두 번째 계급 초전도 전이 성질과 정면으로 배치된다.
• 이 첫 번째 계급 성격은 슈퍼수소화물과 표준 초전도체 사이의 정성적 차이를 이루며, 저항 감소가 초전도성을 시사한다는 가정을 도전한다.
• 분석 결과, 슈퍼수소화물은 비초전도적 첫 번째 계급 전이를 겪거나, 전혀 초전도체가 아닐 가능성이 있다.
• 결과적으로, 저항 감소가 초전도성의 증거로 간주되는 것에 대해 심각한 의문을 제기하며, 전이가 열역학적으로 실재하더라도 그렇다고 해서 초전도성임을 보장하지는 않는다.