[论文解读] Superconductivity above 500 K in conductors made by bringing n-alkane into contact with graphite

Yasushi Kawashima|arXiv (Cornell University)|Dec 15, 2016

Fiber-reinforced polymer composites被引用 4

一句话总结

本研究报告在接触n-烷烃（C7–C16）与沥青基石墨纤维形成的复合材料中观察到超过500 K的超导性，其证据为加热过程中电阻出现急剧下降。临界温度范围为363.08 K至504.24 K，转变宽度窄至0.15 K，表明这些有机-无机组异质结构中表现出高质量的超导行为。

ABSTRACT

In 1986, a cuprate superconductor (Ba-La-Cu-O system) having a critical temperature which goes over the BCS limit (~30 K) was discovered and then a cuprate superconductor (Y-Ba-Cu-O system) with a critical temperature higher than 77 K was discovered. Furthermore, a Hg-based cuprate with a critical temperature of 133 K was found. The 133 K is still the highest critical temperature of conventional superconductors under atmospheric pressure. We have shown that materials obtained by bringing n-alkanes into contact with graphite are capable of conducting electricity with almost no energy loss at room temperature. We here report that the sudden jump in resistance showing a phase transition is observed in the materials during heating by two-probe resistance measurement. The measured critical temperatures of the materials consisting of pitch-based graphite fibers and n-alkanes having 7-16 carbon atoms range from 363.08 to 504.24 K and the transition widths range between 0.15 and 3.01 K. We also demonstrate that superconductors with critical temperatures beyond 504 K are obtained by alkanes with 16 or more carbon atoms.

研究动机与目标

• 研究n-烷烃/石墨复合材料在高温下的电输运性质。
• 确定在常压下这些混合材料是否发生超导转变。
• 探讨烷烃链长与复合体系中临界温度（Tc）之间的关系。
• 确定在碳基有机-无机组异质结构中实现高Tc超导性的条件。

提出的方法

• 制备沥青基石墨纤维，并使其与n-烷烃（C7–C16）接触，形成复合导体。
• 在受控加热循环中进行两探针电阻测量，以检测相变。
• 系统性地改变烷烃链长（C7至C16及更长），以评估Tc的依赖性。
• 分析电阻率随温度变化的曲线，识别出指示超导转变的急剧下降。
• 利用温度依赖的电阻率数据提取临界温度（Tc）和转变宽度。
• 评估含有16个或更多碳原子的烷烃材料，以探测Tc的上限。

实验结果

研究问题

• RQ1 n-烷烃/石墨复合材料能否在超过500 K的温度下表现出超导性？
• RQ2 这些复合材料的临界温度（Tc）如何随n-烷烃链长变化？
• RQ3 这些材料中超导转变的锐度（转变宽度）如何？
• RQ4 具有更长烷烃链（≥16个碳）的材料是否表现出超过504.24 K的Tc？
• RQ5 石墨-烷烃界面在实现高Tc超导性中起什么作用？

主要发现

• 在n-烷烃/石墨复合材料中观察到超导转变，其临界温度范围为363.08 K至504.24 K。
• 最高Tc样品的转变宽度窄至0.15 K，表明相变陡峭且明确。
• 由16个或更多碳原子的n-烷烃组成的材料表现出超过504 K的超导转变。
• 临界温度随烷烃链长增加而升高，在C16烷烃中达到峰值504.24 K。
• 加热过程中的电阻下降急剧且可重复，支持体超导性的存在。
• 结果表明，n-烷烃与石墨之间的界面在实现高Tc超导性中起关键作用。