Pb₁₀₋ₓCuₓ(PO₄)₆O में 100 K से ऊपर zero resistance देखा गया

 (arxiv.org)
1 पॉइंट द्वारा GN⁺ 2023-08-04 | 1 टिप्पणियां | WhatsApp पर शेयर करें
  • Cu-doped lead-apatite Pb10-xCux(PO4)6O के कुछ samples में 110 K zero resistance देखा गया, जिससे room-temperature, ambient-pressure superconductivity के दावे की अतिरिक्त verification के लिए यह नया focus बन गया
  • Synthesis solid-state sintering तरीके से की गई, जिसमें Lanarkite Pb2(SO4)O या Pb3O2SO4 और Cu3P का इस्तेमाल हुआ; S1~S4 comparison में precursor के type से ज्यादा mixing ratio ने results को प्रभावित किया
  • XRD में S1 ने मौजूदा arXiv 2307.12037 sample जैसा diffraction pattern दिखाया, और साफ़ CuS2 peak न होने को target material synthesis के evidence के रूप में इस्तेमाल किया गया
  • उसी S1 में भी टुकड़े के हिसाब से 110 K zero resistance और semiconducting behavior अलग-अलग दिखे, और 250 K से ऊपर unclear cause वाले resistance jumps दिखे
  • 0~9 T magnetic field में भी zero resistance कायम रहा, लेकिन Meissner signal observe नहीं हुआ, इसलिए superconducting volume fraction छोटा हो सकता है या further confirmation की जरूरत बनी हुई है

Room-temperature, ambient-pressure superconductivity की खोज का context

  • Superconductivity पहली बार 1911 में observe की गई थी और बाद में MRI और particle accelerators जैसी applications तक पहुँची, लेकिन इसके व्यापक उपयोग में मुख्य constraint ultra-low temperature conditions है
  • High-temperature superconductors की खोज 100 साल से ज्यादा समय से जारी है, और literature में प्रमुख examples इस प्रकार हैं
    • Cuprate superconductors 150 K से ऊपर Tc दिखाते हैं
    • Iron-based superconductors 50 K से ऊपर Tc दिखाते हैं
    • SH3 के लिए 155 GPa पर लगभग 203 K Tc report किया गया
    • YH9 और LaH10 के लिए लगभग 200 GPa पर क्रमशः 243 K, 260 K superconductivity report की गई
  • मार्च 2023 में Gammon आदि ने lutetium-hydrogen-nitrogen में near-ambient condition 1 GPa पर superconductivity evidence report किया, लेकिन reliability पर debate जारी रही
  • Room-temperature, ambient-pressure superconductor अभी तक confirm नहीं हुआ है, और हाल में Pb10-xCux(PO4)6O में लगभग 400 K Tc room-temperature superconductivity report होने के बाद independent verification की जरूरत बढ़ गई है

Pb10-xCux(PO4)6O sample synthesis

  • Polycrystalline Pb10-xCux(PO4)6O samples solid-state sintering method से बनाए गए
  • पहला step Lanarkite और Cu3P precursors का synthesis था
    • Lanarkite पाने के लिए Pb(SO)4 powder और PbO powder को 1:1 stoichiometric ratio में मिलाकर 1 घंटे तक grind किया गया
    • Mixture को high-vacuum quartz tube और air में alumina crucible में अलग-अलग रखा गया, 3 ℃/min rate से 725℃ तक गर्म किया गया, फिर 24 घंटे heat किया गया
    • Air में sintered mixture Pb3O2SO4 phase में बदल गया, जबकि high-vacuum quartz tube के अंदर का mixture Pb2(SO4)O phase में बदल गया
    • Cu3P को Cu और P को 3:1 molar ratio में argon glovebox में मिलाकर, high-vacuum quartz tube में seal करने के बाद 3 ℃/min से 550℃ तक गर्म कर 48 घंटे hold करके प्राप्त किया गया
  • Target material synthesis के लिए चार conditions compare की गईं
    • S1: 2Pb2(SO4)O + 2Cu3P
    • S2: 2Pb3O2SO4 + 2Cu3P
    • S3: 4.5Pb2(SO4)O + 6Cu3P
    • S4: 4.5Pb3O2SO4 + 6Cu3P
  • Mixing और grinding argon glovebox में किए गए, और mixture को 6 GPa पर 8 mm cylindrical block में compress करने के बाद high-vacuum quartz tube में seal किया गया
  • Pellets को 1.5 ℃/min rate से 925℃ तक heat किया गया, 10 घंटे या 20 घंटे hold किया गया, फिर cool करके target product बनाया गया

XRD के आधार पर S1 चुनने का आधार

  • Crystal structure analysis के लिए Cu-Kα radiation इस्तेमाल करने वाला XRD उपयोग किया गया
  • Cu3P precursor का XRD data standard PDF card से पूरी तरह match हुआ, इसलिए इसे impurity-free pure phase माना गया
  • Pb(SO)4 और PbO mixture sintering atmosphere के अनुसार अलग-अलग phases बनाता है
    • Vacuum sintering में Pb2(SO4)O observe हुआ
    • Air sintering में Pb3O2SO4 observe हुआ
  • S1 और S2 की XRD peak positions समान थीं, और S3 और S4 भी आपस में समान थे, इसलिए precursor Pb2(SO4)O है या Pb3O2SO4, इसका target product पर सीमित असर दिखा
  • इसके विपरीत S1 और S3, S2 और S4 की peaks लगभग पूरी तरह अलग थीं, जिससे precursor ratio synthesis result को तय करने वाला key variable दिखा
  • S1 का XRD pattern मौजूदा ref. [21] sample से match हुआ, और स्पष्ट CuS2 peak नहीं दिखी, इसलिए इसे Pb10-xCux(PO4)6O synthesis के evidence के रूप में इस्तेमाल किया गया

Electrical resistance में मिले mixed signals

  • Property measurements S1 sample को कई छोटे टुकड़ों में बाँटकर किए गए
  • Sample आसानी से टूट जाता था, इसलिए उसे regular shape में काटना कठिन था, और केवल कुछ छोटे pieces को measurement के लिए चुना गया
  • Standard 4-probe method से measured S1 piece के temperature-dependent resistance में 110 K पर clear zero-resistance characteristic observe हुई
  • इस result को superconductivity possibility की ओर इशारा करने वाले signal के रूप में interpret किया गया
  • उसी S1 के दूसरे pieces ने literature [22] से consistent semiconducting behavior दिखाया
  • 250 K से ऊपर दो बड़े resistance jumps दिखाई दिए, और temperature-rise तथा cooling measurement curves पूरी तरह match हुईं
  • Resistance jumps का कारण स्पष्ट नहीं है, और electrode contact effect की संभावना बची हुई है

Magnetic field measurements और बाकी verification tasks

  • 0~9 T magnetic field के तहत S1 का temperature-dependent resistance measure किया गया
  • Magnetic field 5 T तक बढ़ने पर Tc onset धीरे-धीरे suppress हुआ, लेकिन Tc zero फिर भी 110 K से ऊपर पहुँचा
  • Magnetic field 7 T से ऊपर होने पर resistance trend abnormal दिखा, और यह external magnetic field के superconducting critical temperature को simply कम करने वाले सामान्य superconductors से उलटा pattern था
  • इस abnormal behavior का specific reason जानने के लिए further research चाहिए
  • Magnetic field के तहत भी zero resistance मजबूती से कायम रहा, जिससे इस material का upper critical magnetic field बड़ा होने की संभावना है
  • Superconducting properties की आगे confirmation के लिए magnetic measurements में कोई स्पष्ट Meissner signal observe नहीं हुआ
  • Meissner signal की absence यह suggest करती है कि sample का superconducting volume fraction बहुत छोटा हो सकता है
  • High-purity samples बनाना अभी भी मुश्किल है, और कौन-सा component zero resistance या superconductivity के लिए responsible है, यह भी confirm नहीं हुआ है
  • Tc room temperature तक बढ़ सकता है या नहीं, यह भी open question बना हुआ है

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1 टिप्पणियां

 
GN⁺ 2023-08-04
Hacker News की राय

  • अब तक का सार यह है कि room-temperature (~300K) superconductor मिलने के दावे पर replication attempts में recipe की documentation इतनी खराब है कि सिर्फ कुछ samples ही दिलचस्प गुण दिखा रहे हैं, और उनमें भी results अलग-अलग हैं
    अभी तक room temperature पर असली superconductor में दिखने चाहिए ऐसे सभी गुण और व्यवहार पूरी तरह दिखाने वाली कोशिशें बहुत कम हैं, लेकिन ऐसे experiments में समय लगता है, इसलिए यह अपने-आप में समस्या का संकेत नहीं है
    व्यक्तिगत रूप से मुझे लगता है कि यह शायद कोई दिलचस्प चीज है जिसे अभी अच्छी तरह समझा नहीं गया है; best case यह होगा कि Korean lab का original sample synthesis में किस्मत से सही बन गया और सचमुच room-temperature superconductor था, और worst case यह कि हमें liquid nitrogen से गर्म तापमान पर काम करने वाली, लेकिन applications में सीमित, high-temperature superconductors की एक और category मिली है

    • मुझे नहीं लगता कि वह worst-case scenario है। सबसे बुरा यह होगा कि LK-99 में असल में कुछ भी दिलचस्प न हो, और अब तक जो उलटा दिखा है वह experimental errors पर experimenter bias जुड़ने का नतीजा हो
      LK-99 के हमेशा-चल रहे threads में results को लेकर skeptical लोग इतने कम हैं, यह देखकर उलटे हैरानी हुई
    • मूल Korean authors की recipe खराब तरीके से लिखी गई है, लेकिन इस paper में इस्तेमाल की गई synthesis method काफी detailed है, और desired structure पाने में fail हुए alternative steps का भी जिक्र करती है
      कुछ ही दिनों में जल्दबाजी में तैयार की गई चीज के हिसाब से यह अच्छी तरह काम करती है, लेकिन sample बहुत heterogeneous है, जिससे measurement और interpretation काफी कठिन हो जाते हैं; इसलिए इसमें बड़ी improvement की जरूरत है
      इस material के गुण तब तक पूरी तरह साफ होना मुश्किल है जब तक कोई single crystal grow नहीं कर लेता, और उस process को develop करने में महीनों से लेकर सालों तक लग सकते हैं
    • कुछ literature संकेत देता है कि यह “1D” superconductor हो सकता है, जो सिर्फ छोटे single crystal grains के अंदर ही कुछ हद तक काम करता है
      लेकिन ऐसी characteristic उलटे microelectronics के लिए ज्यादा दिलचस्प हो सकती है। अगर superconducting direction के perpendicular resistance ज्यादा हो, तो यह खास तौर पर सच है—बशर्ते ऐसा संभव हो
    • original research team ने दावा किया कि best sample पाने तक उन्होंने synthesis को 1000 से ज्यादा बार try किया, और माना कि वे physicists से ज्यादा experimental chemists जैसे हैं
      अगर इसमें कुछ है, तो कम से कम लगता है कि उन्होंने एक interesting material ढूंढा है; और recent theoretical work दावे को support करता है, साथ ही यह चर्चा भी कि apparent superconducting material बनना मुश्किल है—इसे देखते हुए, process को काफी refine करना होगा, लेकिन room-temperature और ambient-pressure superconductor होने की potential experimentally claim की गई और theoretically भी दिखाई गई है
      “काम sloppy है”, “method refined नहीं है” जैसी बातें negation के evidence की तरह इस्तेमाल की जाती हैं, लेकिन असल में यह इस बात का evidence ज्यादा है कि science कई तरीकों और techniques से आगे बढ़ती है; कोई एक तरीका पर्याप्त नहीं होता, सबकी जरूरत होती है
    • ज्यादातर papers इतने खराब लिखे होते हैं कि synthesis replication लगभग असंभव हो जाता है

  • तुलना के लिए, इस Wikipedia page (https://en.wikipedia.org/wiki/High-temperature_superconducti...) के अनुसार, अभी ambient-pressure superconductors का highest temperature लगभग 138K(-135°C) है
    मैं expert नहीं हूं, लेकिन मेरी सीमित समझ के हिसाब से अगर यह result confirm हो जाता है, तो room temperature से दूर होने के बावजूद LK-99 superconductors के field में काफी interesting discovery होगी
    नया superconductor verify होने पर अक्सर temperature बढ़ाने या दूसरी characteristics optimize करने के तरीके मिल जाते हैं, इसलिए कम से कम LK-99 का “कुछ भी नहीं” न होना positive है; और recent simulation studies को मिलाकर, LK-99 या related follow-up materials के room-temperature superconductor की दिशा में meaningful step होने का मेरा personal Bayesian rough estimate बढ़ गया है

    • सहमत। Wikipedia की timeline देखें तो ambient pressure पर 100K superconducting material को बिल्कुल हल्के में लेने वाली बात नहीं है
      कम से कम इसका मतलब है कि LK-99 दूसरे materials जितना तो है, और इसकी chemical composition table के दूसरे materials से अलग है (जैसे lead-based), इसलिए सीखने और समझने/optimize करने के लिए कई नए phenomena होने की संभावना है
      अगर इस lab ने कुछ ही हफ्तों में ऐसे results निकाले हैं, तो ज्यादा specialized equipment और पूरा ध्यान दे सकने वाली labs बेहतर results से benchmark को और ऊपर ले जा सकती हैं
    • synthesis में इस्तेमाल हुए doping materials ज्यादा stable और reproducible combinations खोजने का interesting रास्ता लगते हैं
    • भले ही room-temperature superconductor न मिला हो, high-temperature superconductors बनाने वाली नई material family की discovery हमेशा exciting होती है

  • मुख्य temperature-resistance graph देखें तो यह data superconductor वाले conclusion को support करता नहीं लगता
    अब तक मैंने superconductors के temperature-resistance graphs में critical temperature पर काफी तेज कटाव, यानी साफ vertical line जैसी shape देखी है; यहां log scale intuition को मुश्किल बनाता है, फिर भी यह noise range में धीरे-धीरे enter करती transition जैसी लगती है
    साथ ही आम तौर पर applied magnetic field के हिसाब से critical temperature बदलता दिखता है, लेकिन यहां apparent critical temperature में स्पष्ट बदलाव नहीं दिखता
    यह result “क्या यह superconductor है?” पूछने के बजाय ऐसा लगता है जैसे material को जरूर superconductor मानकर सारे data को उसी premise के तहत analyze किया गया हो

    • धीरे-धीरे गिरावट sample के अंदर अलग-अलग हिस्सों के अलग-अलग temperatures पर superconductivity दिखाने वाले mixed sample का नतीजा हो सकती है
      sample में superconducting regions बढ़ने पर probes के बीच superconducting path बन सकता है, और resistance 0 तक पहुंचने तक धीरे-धीरे घट सकता है
    • मैं superconductor expert नहीं हूं, लेकिन temperature के साथ resistance का exponentially decrease होना ज्यादातर मामलों में normal phenomenon नहीं है
    • https://nitter.net/condensed_the/status/1686895266329174016 में दावा है कि वही data linear representation में दिखाया गया है। फिर भी convincing discontinuity नहीं दिखती
    • log graph शैतान का औजार है। - Charles Richter
    • log scale में straight line, linear graph के exponential function के बराबर होती है। यहां log scale पर भी curve नीचे की ओर मुड़ रही है, इसलिए यह exponential से भी तेजी से गिर रही है, और कुल मिलाकर cliff-like drop के करीब है

  • LK-99 Wikipedia पेज पर स्रोतों के साथ reproduction attempts tracking table है, जो बहुत उपयोगी है: https://en.wikipedia.org/wiki/LK-99

    • वह टेबल यहां वाली टेबल की सीधी कॉपी है: https://forums.spacebattles.com/threads/claims-of-room-tempe...
      हालांकि उसे source के तौर पर नहीं लगाया गया है, शायद इसलिए कि SpaceBattles को पर्याप्त professional source नहीं माना जाता होगा
    • मुझे समझ नहीं आता कि सभी trackers में Argonne को क्यों रखा गया है। कोई status या progress नहीं है; ऐसी सैकड़ों labs होंगी जिन्होंने कुछ नहीं किया या चुपचाप काम कर रही हैं, तो फिर Argonne ही क्यों, समझ नहीं आता
    • Wikipedia के Response और Replication sections औसत HN comment या article की तुलना में LK-99 को लेकर कहीं ज्यादा skeptical और pessimistic लगते हैं
    • शायद एक महीने के भीतर पक्का पता चल जाएगा

  • इन दिनों HN पर “अगर यह सच नहीं है तो labs announcement क्यों करेंगी, उन्हें क्या मिलेगा”, “झूठा reproduction claim करने से researcher का career खराब हो जाएगा” जैसी भावना काफी दिख रही है। मैं भी विश्वास करना चाहता हूं, लेकिन इस overheated माहौल में थोड़ी skepticism जरूरी है
    “career खराब हो जाएगा” यह case पर निर्भर करता है। अगर पूरी तरह fake numbers या जानबूझकर fake video डाला गया हो तो जाहिर है घातक होगा, लेकिन अभी यह peer review से नहीं गुजरा है और retract भी किया जा सकता है। अगर sample contaminated है तो retract; measurement methodology खराब है तो retract। शुरू में controversial paper निकाला था, यह याद रह जाएगा, लेकिन जब तक manipulation साबित नहीं होती, काफी कुछ “honest mistake” की तरह handle किया जा सकता है
    “कुछ हासिल नहीं होगा” भी सही नहीं है। Science को objective होना चाहिए, लेकिन research funding agencies वैसी नहीं होतीं। Venture investment की तरह पूरी तरह coin toss तो नहीं, फिर भी कई बार idea जितनी ही “सही” team और background भी महत्वपूर्ण होते हैं। ऐसा background पाने का एक तरीका giants के साथ कंधे से कंधा मिलाना है, और अच्छी team पाने का एक तरीका high visibility से talent को आकर्षित करना है
    आखिरकार अगर बाद में LK-99 किसी और के द्वारा superconductor साबित हो जाता है, तो उनका शुरुआती research perfect न भी हो, तब भी पाने को बहुत कुछ है
    अगर team ने कुछ synthesize किया है, वह LK-99 जैसा दिखता है और superconducting नहीं है लेकिन उसमें कुछ अजीब properties हैं, तो उन्हें चुनना पड़ता है कि contamination, process error, या दोनों के combination की जांच के लिए और control experiments करें, या फिर एक ambiguous clickbait-ish paper ArXiv पर डाल दें और उम्मीद करें कि दूसरे results कुछ हद तक match हो जाएं
    मैं यह claim नहीं कर रहा कि इस paper या किसी दूसरे paper ने जानबूझकर झूठे या misleading results दिए हैं, लेकिन scientists भी इंसान हैं, इसलिए वे trends के पीछे जाते हैं, छूट जाने की anxiety रखते हैं, और कभी-कभी वही देखते हैं जो देखना चाहते हैं। बड़े claims के लिए बड़े evidence चाहिए; अभी वैसा evidence नहीं है, लेकिन इसका मतलब यह भी नहीं कि बड़े claim के अंदर कुछ सच्चाई नहीं है

    • अगर contaminated sample ने composition में वास्तविक बदलाव किया और फिर भी वह superconductor बन जाता है, तो वह अपने आप में नई discovery है
      इतने high-profile मामले में manipulation error के साथ public announcement करके फिर retract करना career पर असर डाले बिना नहीं रह सकता। यह कुछ वैसा है जैसे कोई biologist alien life का evidence मिलने का दावा करे और फिर retract कर ले; मेरी जगह होता तो seppuku के बारे में सोचने लग जाता

  • resistance-temperature graph को देखें तो भ्रम होता है, क्योंकि उसने 110K पर zero resistance नहीं दिखाया; बल्कि यह दिखाया कि 110K पर resistance इतना कम हो गया कि instrument के noise floor तक पहुंच गया
    इसे superconductivity कहना थोड़ा मुश्किल है, क्योंकि अगर यह superconducting है तो resistance सचमुच 0 होना चाहिए—जैसे “इस material से बने ring में current डालें और 1 साल बाद आएं तो वह वैसा ही रहे”
    exponential decay बहुत छोटे non-zero value को भी जल्दी catch up कर लेता है। फिर भी resistivity का exponentially घटना दिलचस्प है, और यह unusual या meaningful है या नहीं, मुझे नहीं पता। 230K के आसपास की अजीब drop की भी explanation चाहिए

    • इसलिए Meissner effect दिखाना superconductivity का बेहतर evidence माना जाता है, यह उसकी एक वजह है
      बेशक हर physics experiment में noise floor और finite error होते हैं, और probes तथा probe-sample interface में भी non-zero resistance होता है, इसलिए बिल्कुल 0 resistance measure नहीं किया जा सकता
      लेकिन अगर graph की तरह resistance गिरने के बाद अचानक बहुत छोटे, पर 0 नहीं, value पर stabilize हो जाए, तो यह जबरदस्त coincidence होगा। इसे समझाने के लिए बिल्कुल नई physics की जरूरत पड़ सकती है, और यह simple 110K critical-temperature superconductor से कहीं बड़ी खबर बन जाएगी
    • यह बहुत बेवकूफाना सवाल हो सकता है, लेकिन अगर room-temperature superconductor मौजूद है और वह practical तौर पर अनिश्चित समय तक charge बनाए रख सकता है, तो क्या उसे coil करके charge करने के बाद किसी पर फेंककर उसे मार सकते हैं? क्या उसे गुजरती कार पर फेंककर जला भी सकते हैं?

  • Fleischmann & Pons के बाद जो हुआ था, यह उससे बहुत मिलता-जुलता है। पुनरुत्पादन की कोशिश करने वाली labs ने कोई गुण, कोई और गुण तो देखा, लेकिन कुल मिलाकर साफ तस्वीर आखिर तक सामने नहीं आई
    यहां इसे room-temperature superconductor कहा जा रहा है, लेकिन room temperature पर यह superconductor नहीं है; किसी भी तापमान पर Meissner effect मापा नहीं गया, और authors भी मानते हैं कि कुछ (या कई) samples semiconductor निकले
    साथ ही, उन्होंने resistance कैसे मापा, यह पर्याप्त रूप से नहीं बताया। current 1mA था, यह पता है, लेकिन कौन-सा equipment और कौन-सा configuration था? micro-resistance measurement मुश्किल होता है, इसलिए और जानकारी चाहिए

    • सबसे बड़ा फर्क यह है कि बेहद प्रतिष्ठित sources समेत तीन theoretical papers सभी ने दिखाया कि a) इस material में सच में कुछ अजीब हो रहा है और b) इसकी अनोखी structure के कारण इसे बनाना मुश्किल है
      Fleischmann & Pons के पास theoretical backing नहीं थी और मूल रूप से बात यह थी कि “हमने कुछ measure किया है, पर समझ नहीं आ रहा कि क्या हो रहा है।” LK-99 ज्यादा इस तरह है: “theory के हिसाब से कुछ interesting होने की संभावना है, और हमें लगता है कि कुछ samples में हमने इसे measure किया है, लेकिन reliably reproduce नहीं कर पाए”
    • इस बात से सहमत हूं कि setup की documentation संतोषजनक नहीं है
      फिर भी equipment से जुड़ा कम-से-कम एक सवाल paper में शामिल है। यह Quantum Design Inc. का Physical Property Measurement System(PPMS) है, और photo देखकर साफ है कि उन्होंने DC resistance test fixture इस्तेमाल किया
      https://www.qdusa.com/products/ppms.html
    • ऊपर की बातों से सहमत हूं, लेकिन methods section में, हालांकि थोड़ा अस्पष्ट है, यह लिखा है कि 4-point probe configuration इस्तेमाल किया गया
      https://www.qdusa.com/products/ppms.html
      फिर भी कई और सवाल हैं, जैसे उन्होंने केवल resistance को noise floor तक पहुंचते हुए क्यों दिखाया और sheet resistivity क्यों calculate नहीं की
    • F&P के बारे में और पढ़ने पर हैरानी होती है कि समानताएं कितनी ज्यादा हैं। वे दोनों शायद fraud नहीं थे, और Hendrik Schön की तरह intentional deception भी नहीं मिला था
      University ने practically results सार्वजनिक करने का दबाव डाला, लेकिन यह बहुत जल्दबाजी थी; उन्हें 10 साल इंतजार करना चाहिए था। दोनों इस घटना से पहले भी 100% genuine top-tier researchers थे, और scandal के बाद भी कई scientists ने F&P के original experiment से शुरू हुए रास्ते पर research जारी रखी, लेकिन बड़ी सफलता नहीं मिली
      LK-99 भी एक महीने के भीतर reproduction में fail होने के बाद और research को जन्म दे सकता है, लेकिन लगता है कि शायद यह holy grail तक नहीं पहुंचेगा
    • यानी अगर palladium को LK-99 से बदल दें तो cold fusion वापस आ जाता है? hype की वजह से इसे काफी bullish मानना चाहिए

  • मैं इस paper को काफी conservative नजर से देख रहा हूं। Fig. 3a graph $T_c^{zero}$ को 110K लिखता है, लेकिन “0” resistance असल में सिर्फ 1e-5 Ω है, और sample के superconducting होने की संभावना हो भी तो critical temperature किसी भी हालत में 110K से काफी कम होगा
    मैं समझता हूं कि बड़ा sample मिलना मुश्किल है, लेकिन उस graph का label काफी misleading है

    • resistance curve 1e-5 Ω पर इसलिए रुकता है क्योंकि यह instrument की resolution limit के बहुत करीब पहुंच गया था
      4-wire Kelvin measurement में measurement current 1mA था, और material के सिरों पर voltage reading करीब 1~10 nanovolt थी, जो दुनिया के best general-purpose voltmeters के लिए भी मुश्किल से measure करने लायक scale है
      लगता है authors ने negligible voltage drop और resistance-temperature curve के sharp drop व flattening को मिलाकर superconductivity का पर्याप्त convincing संकेत माना। उम्मीद है बाद की teams और rigorous tests करेंगी
    • 250K के आसपास resistivity में random jump इस बात का संकेत देता है कि contact resistance बहुत खराब है या alternative current path हो सकता है
      resistance drop भी typical phase transition जैसा नहीं दिखता और temperature range बहुत ज्यादा चौड़ी है। voltage leads शायद sample के उस region से ठीक से connected नहीं थे जहां सच में current बह रहा था; ऐसे में sample को ठंडा करते समय actual resistance बढ़े भी तो measured voltage, और इसलिए “resistance”, घट सकता है
      अगर current leads के सिरों के बीच का 2-point resistance भी साथ दिया होता तो interesting होता
    • अगर measurement current 1mA है और contact resistance घटाने के लिए 4-point probe इस्तेमाल किया गया मानें, तो 10 micro-ohm का मतलब 10 nanovolt DC signal होगा
      यह काफी छोटा voltage signal है, और room temperature पर DC के आसपास standard chopper-stabilized instrumentation amplifier के RMS noise के बराबर स्तर का है
      higher current reasonable है या नहीं, यह पक्का नहीं कह सकता; precision amplifier को cool करके noise figure कम किया जा सकता है, लेकिन तब optical isolation और battery power भी चाहिए होगी
      https://www.analog.com/media/en/training-seminars/tutorials/...
    • spec sheet के हिसाब से उस probe की न्यूनतम सीमा 10 micro-ohm है
    • मुझे लगता है true 0 resistance को वास्तव में measure करना लगभग असंभव है। इसके बजाय critical temperature के पास sharp drop और Meissner effect मिलकर superconductivity की पुष्टि करते हैं

  • Physics की बहुत समझ नहीं है, लेकिन एक असली 0-resistance conductor thermodynamics के नियमों जैसी चीज़ों का उल्लंघन करता हुआ लगता है
    क्या superconductor सचमुच 0 impedance होता है, या बस बेहद-बहुत कम? ऐसे graphs में y-axis का निचला हिस्सा “0.00001 ohm” जैसा दिखता है

    • नहीं। इसलिए तो यह इतना आकर्षक है। intuition के खिलाफ है, लेकिन superconductors की मौजूदा theory mass और energy को ठीक से conserve करती है, और mathematically room-temperature superconductor भी पूरी तरह संभव बताती है
      बस अभी खोजा नहीं गया है, और जिसे हम “resistance” समझते हैं उसके दायरे में यह सचमुच 0 resistance है
    • Magnet जैसा ही है। Magnet किसी चीज़ को हमेशा के लिए पकड़े रख सकता है, इसलिए thermodynamics violation जैसा लगता है, लेकिन “पकड़ना” work नहीं बल्कि सिर्फ force है
      Conduction भी अपने-आप में work नहीं है, बस conduction है
    • जैसा दूसरों ने कहा, superconductor में 0 resistance होता है। अगर पर्याप्त मात्रा में material हो जिससे meaningful current बहाया जा सके, तो verify करना आसान है
      Contacts और impurities के कारण बेहद सूक्ष्म resistance हो सकता है, लेकिन उदाहरण के लिए wire की length के अनुपात में resistance नहीं बढ़ता
      यह कैसे संभव है, quantum mechanics की अजीबियत स्वीकार कर लें तो बात अपेक्षाकृत सरल है। Quantum mechanics के basic principles में से एक यह है कि कम-से-कम ज्यादातर चीजें quantized होती हैं, खासकर states की energy केवल discrete quantities में मौजूद होती है। Atom में electron orbits बनने की वजह भी यही है
      Electrons केवल कुछ निश्चित values ही रख सकते हैं और बीच की state नहीं होती, इसलिए orbits के बीच move करते समय उन्हें ठीक उतना ही energy difference absorb या emit करना पड़ता है। Glow-in-the-dark watch dial जैसे phosphor में इसे असल में देखा जा सकता है: red-light photon की energy इतनी कम होती है कि वह “charge” नहीं कर सकता, green या blue light कर सकती है, और आप किसी भी light से charge करें, वह हमेशा उसी रंग में चमकता है
      Conductor के अंदर electrons के move करने पर जो resistance मिलता है, वह भी quantized होता है। Superconductor में ऐसी स्थिति बनती है कि electron जितनी energy emit कर सकता है, material उसे absorb नहीं कर पाता, जबकि interaction के लिए वही जरूरी होता है। नतीजतन interaction नहीं होता, और resistance भी नहीं होता
      analogy से कहें तो यह $1 की पानी की बोतल $100 के note से खरीदने जैसी स्थिति है। कोई भी $99 change देने को तैयार नहीं, और आप पानी की एक bottle के लिए $100 भी नहीं दे सकते, इसलिए पैसे होने पर भी खरीद नहीं पाते
      बहुत simplification करके कहें तो superconductivity और superfluidity इसी तरह काम करते हैं। अब समस्या superconductivity के लिए जरूरी conditions तैयार करने की है, और एक तरीका material को बेहद ठंडा करना है। सभी metals, temperature के 0 के पर्याप्त करीब पहुंचने पर superconducting हो जाते हैं, लेकिन आम तौर पर single-digit kelvin से नीचे, कभी-कभी kelvin के decimal स्तर पर। इसलिए जब ज्यादा temperature पर यह effect दिखाने वाले composite materials पहली बार आए, तो वह बड़ी घटना थी, और तब से बेहतर materials की तलाश जारी है
    • जवाब तो नहीं है, लेकिन अगर superconductors अजीब लगते हैं तो superfluid के बारे में पढ़िए, दिमाग और उलझ जाएगा
    • MRI machines और LHC superconducting magnets का इस्तेमाल करते हैं। इसलिए इस पर भरोसा कर सकते हैं

  • इस्तेमाल किए गए sample ने Meissner effect नहीं दिखाया, लेकिन करीब 100K पर superconductivity दिखाई—यह बात ध्यान देने लायक है
    “Superconducting properties को और verify करने के लिए sample पर magnetic measurements किए गए, लेकिन दुर्भाग्य से कोई स्पष्ट Meissner signal observe नहीं हुआ, जो संकेत देता है कि sample का superconducting volume fraction बहुत छोटा हो सकता है। High-purity sample preparation अभी भी एक कठिन challenge है”

    • यह भी प्रमुख takeaways में से एक है। Superconductivity confirm न कर पाने के बावजूद magnetization measurement results शामिल न करना अफसोसजनक है
      पहला निर्णायक paper electrical resistivity और magnetization—दोनों में superconducting transition दिखाना चाहिए