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科研新知:印度理工學院曼迪校區團隊觀察到高溫下金銀納米結構的零電阻

  印度理工學院曼迪校區的新結果顯示,電流通過嵌入銀的金納米結構會呈現零電阻。有意思的是,這是在240 K275 K之間,大約在攝氏-33度和攝氏2度的相對較高的溫度下發生的。該校基礎科學所的C.S. Yadav說:「電阻隨著我們降低溫度波動,突然降到要降低溫度的分辨率的極限以下,然後冷卻到臨界溫度以下時,突然降到儀器的分辨率極限之下。我們一再重複加熱和冷卻時,發現該臨界溫度在240 K275 K之間。」這形成一個有趣的問題,這小組不管是否具有在相對較高溫度下超導的結構。超導體是一種可讓電流以零電阻通過的材料。

 

  即使研究了六個金銀納米結構的樣品,但研究小組只有在一個樣品中看到電阻的下降。他們也沒有觀察到超導體的另一個重要特性,就是在磁場作用下的超導體被冷卻到臨界溫度以下時,它會突然從內部將磁通量驅離到臨界溫度以下。這是因為在這樣溫度下它形成了所謂的抗磁性。完美的抗磁性阻擋外部磁場通過。這個團隊的啟發來自班加羅爾印度科學理工學院的Anshu PandeyDev Kumar Thapa所做的研究,他們精心製作嵌入銀的金納米結構的觀察發表在ArXiv上。他們在樣品冷卻時觀察到電阻降為零的轉變,以及抗磁性的過渡。即使他們的稿還在審查中,印度理工學院曼迪校區研究人員也將這些金銀納米結構的觀察結果公布在公共論壇,儘管這些觀察結果的製造方式不同。Yadav博士說:「在Thapa他們的第一次報告之後,我們去年就開始進行。」

 

  印度理工學院曼迪校區工程所的Viswanath BalakrishnanYadav博士共同指導這項研究,他說明抗磁性缺乏的原因:「我們的超導薄膜厚度約為55納米,反算後,材料的量必須只能幾微克。這樣極不可能發出良好的抗磁性信號。」他認同他們的計畫包括把納米結構分成區塊形式:作成最少1平方厘米的樣品,獲得詳細的特性並研究微構造的變化。他又補充說:「結構需要穩定。」

 

  該小組也觀察到,轉變溫度在高溫磁場(例如14特斯拉)中冷卻樣品時,不受影響。Yadav博士說:「這讓人不解,因為一般來說磁場對轉變是有損害的。」Balakrishnan博士加以解釋只有在一個樣品發現零電阻的原因,「我們推測這和特定階段的空間不平均性和不穩定性有關。在同一批次其他樣品中我們觀察不到這個現象。」他們認為這個原因可能是在轉變過程中樣品的微構造和成分分散有重要作用。 Balakrishnan博士補充說:「不過,我們對這個樣品持續重複測量之後,都顯示多個週期的零電阻轉變,我們的論文中已經介紹過了。」研究人員發現,在這個工作最有挑戰性的部分是要控制和穩定超導薄膜中的Au-Ag納米結構的正確階段。不過他們感到很興奮,對AuAg和其他納米結構系統的這個結果產生更多的興趣,以尋求在周圍環境條件下(室溫和常壓)的超導性。Yadav博士說:「為了辨識和穩定這些材料的超導階段需要持續努力,這對未來室溫下的超導性鋪一條路。」

 

  儘管問題還存在著,比如微構造的再現性難度,但是毫無疑慮的,印度理工學院曼迪分校研究人員提出了一個很有趣的現象。 Balakrishnan博士說:「雖然沒有觀察到室溫超導性,但是我們觀察到了Au-Ag超導薄膜的零電阻。根據印度科學院的最新報告,我們的研究提供了一些證據,更強化對這些系統深究的需要。」

 

新聞來源:(The Hindu, June 9, 2019)

更新日期 : 2020/06/12