[논문 리뷰] Observation of zero resistance above 100$^\circ$ K in Pb$_{10-x}$Cu$_x$(PO$_4$)$_6$O

Qiang Hou, Wei Wei외 3명|arXiv (Cornell University)|2023. 08. 02.

Physics of Superconductivity and Magnetism참고 문헌 17인용 수 11

한 줄 요약

본 연구는 고체상 합성으로 합성된 다결정 Pb$_{10-x}$Cu$_x$(PO$_4$)$_6$O에서 100 K 이상에서의 전기저항이 관찰되지 않았음을 보고하며, 잠재적 초전도성을 시사한다.

ABSTRACT

Room-temperature superconductivity has always been regarded as the ultimate goal in the fields of solid-state physics and materials science, with its realization holding revolutionary significance, capable of triggering significant changes in energy transmission and storage. However, achieving it poses various challenges. Recent research revealed that material Pb$_{10-x}$Cu$_x$(PO$_4$)$_6$O displays room-temperature superconductivity under atmospheric pressure, sparking global interest in further exploration. Here, we utilized solid-phase synthesis to obtain a polycrystalline sample of Pb$_{10-x}$Cu$_x$(PO$_4$)$_6$O. X-ray diffraction confirmed its structural consistency with referenced literature. Zero resistance, which is important evidence for superconductivity, was observed above 100$^\circ$ K under ambient pressure in our experiment. Our finding indicates that Pb$_{10-x}$Cu$_x$(PO$_4$)$_6$O is a possible candidate for searching high-temperature superconductors.

연구 동기 및 목표

• Pb10-xCux(PO4)6O에서 상온 초전도성을 탐구하는 동기를 부여하고, 상압에서의 고온 초전도체로서의 가능성을 평가한다.
• 정확한 Cu 함량 및 구조 품질로 Pb10-xCux(PO4)6O를 합성하여 신뢰할 수 있는 전기 측정을 가능하게 한다.
• 전도 및 자기 측정을 제공하여 초전도성 유사 거동과 자기장 하에서의 견고성을 평가한다.

제안 방법

• Pb10-xCux(PO4)6O를 네 가지 전구체 경로로 고체 상태 소결하여 합성하고, Pb2(SO4)O 또는 Pb3O2SO4 및 Cu3P의 비율을 달리한다.
• X선 회절(XRD)로 상 형성 및 구조를 특성화하여 이전 문헌과의 일치를 확인한다.
• 샘플의 작은 조각에 대해 네-프로브 방식으로 평면 전기저항을 측정하고, 자기장 최대 9 T에서 수행한다.
• 메이스너 효과 탐색을 위해 진동 시료 자기계(VSM)를 사용하여 자화 측정 수행.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 상압에서 100 K 이상에서 Pb10-xCux(PO4)6O가 제로 저항을 나타낼 수 있는가?
• RQ2 관찰된 제로 저항이 가해진 자기장에 대해 강건하며 초전도 특성과 일치하는가?
• RQ3 Pb10-xCux(PO4)6O에서 잠재적 초전도 거동을 재현하기 위해 필요한 상 및 구조 품질은 무엇인가?
• RQ4 재료가 벌크 초전도성을 나타내는 Meissner 효과를 보이는가?

주요 결과

• 샘플 S1에서 100 K 이상 무저항이 관찰되었고 Tc는 약 110 K이며 무장 상태에서 110 K까지 제로저항 상태가 지속된다.
• 자기장 최대 5 T를 가하면 Tc 시작이 점진적으로 억제되는 반면, Tc 제로는 일부 조건에서 여전히 110 K 이상으로 남아 있다; 더 높은 자기장에서 저항 거동이 비정상으로 변한다.
• 자화 측정에서 명백한 Meissner 신호는 발견되지 않았으며, 시험 샘플에서 초전도 부피 분율이 작음을 시사한다.
• XRD는 합성된 Pb10-xCux(PO4)6O 상이 참고문헌과 일치함을 확인하고, S1의 회절 패턴은 문헌에 보고된 샘플과 일치하여 성공적인 합성을 뒷받침한다.