[논문 리뷰] Temperature- and magnetic-field-dependences of normal state resistivity of MgB$_{2}$ prepared at high temperature and high pressure condition

C. U. Jung, Min‐Seok Park외 4명|arXiv (Cornell University)|2001. 02. 12.

Superconductivity in MgB2 and Alloys인용 수 1

한 줄 요약

이 연구는 고온 고압 조건에서 합성된 MgB₂의 정상 상태에서의 전기저항을 조사하며, 저항비율(RRR ≈ 3)이 낮고 자기장에 거의 영향을 받지 않는 T² 의존성과 함께, 이는 이전 보고된 T³ 의존성과 높은 RRR(~20)을 보인 저압 조건과 대조된다. 이러한 결과는 고압 소결이 정상 상태에서 전자 산란 메커니즘을 변화시키는 구조적 및 미세 구조적 변화를 유도함을 시사한다.

ABSTRACT

We report the temperature- and magnetic-field-dependent resistivity of MgB2 sintered at high temperature and high pressure condition. The superconducting transition width for the resistivity measurement was about 0.4 K, and the low-field magnetization showed a sharp superconducting transition with a transition width of about 1 K. The resistivity in the normal state roughly followed T^2 behavior with smaller residual resistivity ratio (RRR) of 3 over broad temperature region above 100 K rather than reported T^3 behavior with larger RRR value of ~ 20 in the samples made at lower pressures. Also, the resistivity did not change appreciably with the applied magnetic field, which was different from previous report. These differences were discussed with the microscopic and structural change due to the high-pressure sintering.

연구 동기 및 목표

• 고온 고압 조건에서 합성된 MgB₂의 온도 및 자기장 의존성 전기저항을 조사하기 위해.
• 낮은 압력 조건에서 제조된 이전 보고된 샘플과 비교하여 고압 소결 MgB₂의 정상 상태에서의 전기저항 행동을 조사하기 위해.
• 고압 가공이 MgB₂의 전자적 및 구조적 성질, 특히 Tc 이상의 정상 상태에서 어떻게 변화시키는지 이해하기 위해.
• 저압 샘플에서 관찰된 T³ 의존성 및 높은 RRR 값과 같은 보고된 전기저항 행동의 모순을 해결하기 위해.

제안 방법

• 고온 고압 소결을 통해 MgB₂를 제조하여 구조적 및 전자적 성질을 변화시킨 샘플을 얻기 위해.
• 정상 상태에서 100 K 이상의 온도에서 전기저항을 측정하여 온도 의존성을 평가하기 위해.
• 몇 테슬라에 이르는 자기장을 적용하여 전기저항의 자기장 의존성을 평가하기 위해.
• 저압 샘플에서 보고된 T³ 의존성 및 높은 잔류 전기저항비(RRR ≈ 20)와의 비교를 위해.
• 예상 초전도 전이의 날카운 전이 폭(ΔTc ≈ 1 K)을 확인하고 전기저항 데이터의 타당성을 검증하기 위해 저자기장 자화 측정을 수행하기 위해.
• 전기저항 데이터 분석을 통해 거듭제곱 법칙 의존성(T² 대 T³)을 결정하고 RRR 값을 추출하기 위해.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 고압 소결은 MgB₂의 정상 상태에서의 전기저항 온도 의존성에 어떻게 영향을 미치는가?
• RQ2 고온 고압 조건에서 합성된 MgB₂의 잔류 전기저항비(RRR)는 얼마이며, 저압 샘플과 비교해 볼 때 어떻게 다른가?
• RQ3 고압 소결 MgB₂의 전기저항은 정상 상태에서 적용된 자기장에 의해 크게 영향을 받는가?
• RQ4 고압 가공에 의해 유도된 구조적 또는 미세 구조적 변화는 관측된 전기저항 행동을 어떻게 설명하는가?

주요 결과

• 고압 소결 MgB₂의 정상 상태 전기저항은 100 K 이상의 넓은 온도 범위에서 T² 의존성을 따른다.
• 잔류 전기저항비(RRR)는 약 3로 측정되었으며, 이는 저압에서 제조된 샘플의 RRR ≈ 20과는 현저히 낮다.
• 적용된 자기장에 따라 전기저항에 유의미한 변화가 없었으며, 이는 정상 상태에서 약한 자기장 의존성을 나타낸다.
• 전기저항 측정에서의 초전도 전이 폭은 약 0.4 K로 매우 좁아 높은 샘플 품질을 나타낸다.
• 저자기장 자화 측정을 통해 약 1 K의 폭을 가진 날카운 초전도 전이가 확인되었다.
• 관측된 전기저항 행동의 차이는 고압 소결에 의해 유도된 구조적 및 미세 구조적 변화 때문임을 기인한다.