[论文解读] Intrinsic hysteresis in the presumed superconducting transition of hydrides under high pressure

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

High-pressure geophysics and materials参考文献 28被引用 5

一句话总结

该论文认为，高压氢化物中观察到的电阻下降——此前被解释为超导转变——本质上具有迟滞特性，表明其为一级相变，而非常规超导体预期的二级相变。这种内在迟滞挑战了这些材料为超导体的解释，表明它们可能经历非超导的一级相变，或根本不是超导体。

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.

研究动机与目标

• 调查高压氢化物中电阻下降所观察到的迟滞现象的起源，这些现象此前被解释为超导转变。
• 确定该迟滞是实验误差还是材料的内在属性。
• 评估内在迟滞的存在是否意味着一级相变，从而与零磁场中超导体预期的二级行为相矛盾。
• 评估所观察到的现象是否与超导性一致，或是否指示了不同的热力学相变。
• 重新审视高压下超氢化物中存在超导性的证据，考虑一级相变的含义。

提出的方法

• 分析高压氢化物的实验电阻数据，以识别过渡区域中的迟滞现象。
• 通过评估测量结果的可重复性和一致性，区分实验误差与材料的内在行为。
• 应用热力学原理评估相变的本质，特别是区分一级相变与二级相变。
• 使用无外磁场作为关键判据：零磁场中超导转变应为二级相变，而非具有迟滞。
• 在假设电阻下降确实标志真实相变的前提下，评估其与热力学相变的一致性。
• 将超氢化物的行为与标准超导体进行比较，突出其在转变特性上的定性差异。

实验结果

研究问题

• RQ1 高压氢化物中电阻下降所观察到的迟滞是实验误差所致，还是材料的内在属性？
• RQ2 若存在内在迟滞，是否意味着一级相变，从而与零磁场中超导体预期的二级行为相矛盾？
• RQ3 超氢化物中的电阻下降能否被解释为热力学相变？若是，其相变成何种类型？
• RQ4 超氢化物的观测特征（包括迟滞）是否与常规超导体的已知行为一致？
• RQ5 这些材料中存在超导性的证据是否可靠，还是指向另一种非超导相变？

主要发现

• 高压氢化物中电阻下降所观察到的迟滞并非实验误差，而是材料的内在属性。
• 内在热迟滞的存在表明该相变为一级相变，这与零磁场中超导转变预期的二级特性相矛盾。
• 这种一级特性是超氢化物与标准超导体之间的定性差异，挑战了电阻下降即代表超导性的假设。
• 分析表明，超氢化物可能经历非超导的一级相变，或根本不是超导体。
• 研究结果严重质疑了将电阻下降视为超导性证据的解释，即使这些转变在热力学上是真实的。