[논문 리뷰] Superconductivity at T=200K in Bismuth Cuprates Synthesized Using Solar Energy

J. G. Chigvinadze, Juana Vivó Acrivos외 3명|arXiv (Cornell University)|2017. 10. 28.

Physics of Superconductivity and Magnetism참고 문헌 29인용 수 4

한 줄 요약

이 연구는 태양 에너지와 초고속 냉각을 통해 합성된 bismuth 기반 cuprates에서 200 K에서 초전도성을 보고한다. 필드 냉각 실험에서 200 K에서 뚜렷한 감쇠 피크를 관찰하였으며, 이는 고결된 비틀림 구조의 점진적 열적 해리로 기인하며, 240 K 이상에서도 초전도 행동이 유지됨을 시사한다.

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.

연구 동기 및 목표

• 태양 에너지와 초고속 냉각을 통해 합성된 다상 bismuth cuprates에서의 저주파수 진동을 조사하기 위해.
• 필드 냉각 프로토콜에서 관찰된 200 K에서의 뚜렷한 감쇠 피크의 기원을 규명하기 위해.
• 관찰된 소산 행동이 240 K 이상에서 초전도성을 나타내는지 평가하기 위해.
• 자기장에서 샘플의 사전 정렬이 감쇠 피크 높이에 미치는 영향을 검토하기 위해.
• 다성분 초전도 영역에서 고결된 자속이 수행하는 역할을 탐색하기 위해.

제안 방법

• 다상 bismuth cuprates 샘플(Bi1.7Pb0.3Sr2Ca(n-1)CunOy, n=2–30)에 대해 저주파수(0.1 Hz) 진동 측정을 수행하였다.
• 샘플을 Tc 이하에서 외부 자기장 하에서 냉각한 후, 천천히 실온으로 가열하는 필드 냉각(FC) 절차를 실시하였다.
• 냉각 이전에 샘플의 초기 정렬 방향을 다양화하여 감쇠 피크에 미치는 영향을 평가하였다.
• 감쇠 피크의 온도 의존성을 분석하여 비틀림 구조 용해와 관련된 전이를 규명하였다.
• 피크의 위치와 형상이 주된 상의 초전도 전이 온도(Tc)와 상관관계가 있음을 분석하였다.
• 감쇠 피크의 존재와 행동을 비틀림 역학 및 가능한 고온 초전도성의 지표로 사용하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 태양 에너지로 합성된 필드 냉각 bismuth cuprates 샘플에서 200 K에서 관찰된 뚜렷한 감쇠 피크는 무엇에 기인하는가?
• RQ2 샘플을 자기장에서 사전 정렬하는 것이 200 K 감쇠 피크 높이에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ3 200 K에서 관찰된 소산 행동은 초전도 영역에서 고결된 비틀림 스트럭처의 열적 해리로 기인할 수 있는가?
• RQ4 200 K 피크의 존재가 240 K 이상에서의 초전도성을 나타내는가?
• RQ5 어떤 샘플에서는 감쇠 피크가 넓고 다중 피크형으로 나타나는 이유는 무엇이며, 이는 합성 조건과 어떻게 관련되는가?

주요 결과

• 태양 에너지와 초고속 냉각을 통해 합성된 필드 냉각 다상 bismuth cuprates에서 200 K 중심의 강한 감쇠 피크가 일관되게 관찰되었다.
• 피크 높이는 샘플의 자기장 내 냉각 이전 정렬 방향에 따라 유의미하게 달라졌으며, 이는 자기장에 의존하는 비틀림 고정력의 존재를 시사한다.
• 감쇠 피크는 주요 Tc 전이와는 다를 바, 초전도 영역에서 고결된 비틀림 스트럭처의 점진적 열적 해리로 기인한다.
• 피크는 주된 초전도 상의 Tc보다 넓은 온도 범위에서 지속되었으며, 이는 다수 또는 준안정 초전도 상 존재를 시사한다.
• 200 K에서 관찰된 소산 행동은 240 K 이상에서도 초전도성이 존재할 가능성을 간접적으로 뒷받침한다.
• 이 현상은 초고속 융해 냉각을 통해 형성된 복잡한 다상 미세구조를 가진 샘플에서 가장 두드러지게 나타났다.