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

Qiang Hou, Wei Wei+3 more|arXiv (Cornell University)|Aug 2, 2023

Physics of Superconductivity and Magnetism参考文献 17被引用 11

一句话总结

该研究在通过固相方法合成的多晶 Pb$_{10-x}$Cu$_x$(PO$_4$)$_6$O 中观测到在 100 K 以上没有电阻，暗示潜在的超导性。

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.

研究动机与目标

• 推动在 Pb10-xCux(PO4)6O 中寻求室温超导性并评估其在常压下成为高温超导体的可行性。
• 以受控的 Cu 含量和结构质量合成 Pb10-xCux(PO4)6O，以实现可靠的电性测量。
• 提供传输和磁性测量以评估类似超导行为的鲁棒性及在磁场下的稳健性。

提出的方法

• 通过固相烧结合成多晶 Pb10-xCux(PO4)6O，使用四种前驱路线，Pb2(SO4)O 或 Pb3O2SO4 与 Cu3P 比例各不同。
• 用 X 射线衍射表征相形成与结构，以确认与先前文献的一致性。
• 在样品小片上采用四探针法测量面内电阻，在磁场高达 9 T 的条件下进行测量。
• 利用振动样品磁力计进行磁化测量以寻找 Meissner 效应。

实验结果

研究问题

• RQ1 Pb10-xCux(PO4)6O 在常压下是否能在高于 100 K 的温度实现零电阻？
• RQ2 观察到的零电阻是否能经受磁场作用并与超导特征相一致？
• RQ3 为再现 Pb10-xCux(PO4)6O 潜在的超导行为，需要的相和结构质量是什么？
• RQ4 材料是否表现出指示整体超导性的 Meissner 效应？

主要发现

• 在样品 S1 中观测到 100 K 以上的零电阻，Tc 约为 110 K，零电阻状态在零场下可持续到 110 K。
• 施加高达 5 T 的磁场会逐步抑制 Tc 的起始温度，但在某些条件下 Tc 零仍高于 110 K；在更高磁场下，电阻行为变得异常。
• 磁化测量未显现明显的 Meissner 信号，表明测试样品中的超导体积分数较小。
• XRD 确认所合成的 Pb10-xCux(PO4)6O 相与文献一致，S1 的衍射谱与文献中报道的样品一致，支持成功合成。