超導是先進技術中一個很著名的物理現象，超導體經常製成導線的形狀應用在不同領域。但是，超導線通常不易彎曲，同時，由於導線的結構複雜，超導材料在超導線中的比例不是很高。碳納米管（CNT）在超導領域的研究已經很廣泛，韓國成均館大學的Dongseok Suh教授和釜山國立大學的Haeyong Kang教授等近日報道了一種在排列整齊的CNT模板上噴射沉積氮化鈮（NbN）製成的扭曲超導納米紗線中不同尋常的絕對負阻現象。該研究成果以”Anomalous Negative Resistance Phenomena in Twisted Superconducting Nanowire Yarns” 為題發表在《ACS NANO》上（見文後原文鏈接）。
【圖文解析】
圖1. NbN-CNT複合超導紗線的製備工藝流程圖及相應的掃描電子顯微鏡（SEM）圖像。
解析：由自支撐的CNT作為模板，噴射沉積NbN製備出NbN-CNT雜化膜，在經過扭曲成超導紗線，展現出類似於塊體材料的超導性能，而且機械柔性顯著增強。在以下內容中，有兩個參數來描述樣品的條件：一是用NSHEET表示堆積的CNT的數量，另一個是tNbN來表示NbN薄膜的公稱厚度。
圖2. 超導過渡區附近NbN-CNT紗線的異常負阻現象。
解析：根據NSHEET = 10，tNBN = 200 nm時NbN−CNT紗線的超導現象研究發現，大約在10K溫度下發生超導轉變，在超導轉變區域中觀察到了絕對負阻現象。而且，這種變化取決於施加在樣品上的驅動電流。例如，從溫度7 K時的I-V曲線看出低電流時表現出絕對負電阻性，6K時出現一個更廣泛的零電阻超導狀態。
圖3. 利用等效電路模型分析負阻條件。（a）線電阻測量的典型四探針結構圖。（b）四探針接觸在高度有序排列的NbN− CNT 納米線上的示意圖。（c）簡化的（b）中的等效電路模型。（d）NbN−CNT 納米纖維經扭曲製成的紗線。（e）負電阻現象的四探針測量圖。
解析：四探針法經常用於精確測量具有線形狀的材料電阻，電流在I+和I-之間流動，電壓差在V+和V-之間測量（圖3a）。以類似的方式，如果樣品是由一組沿一個方向排列的微小導線組成，則可以使用圖3b中所示的配置進行電阻測量，其中四個電極的連接方向垂直於微小導線陣列的方向。定量分析時可以使用圖3c中的等效電路模型來簡化整個系統。扭曲的超導紗線主要由兩部分組成，即CNT-NbN和CNT，這兩部分在紗線中交替出現（圖3d）。圖3e詳細顯示了負阻時的原理。在超導狀態下，沿NbN納米線方向，I+ (I-)和V- (V+)探頭間的電壓差可以為零（RN = 0）。但是，由於RC的有限值，使得I+ (I-)與V+ (V-)之間不可能為零，這就導致了V+與V-之間的負電壓差。
【總結】
作者報道了一種在高度有序的碳納米管基的氮化鈮超導扭曲紗線上觀察到的絕對負電阻現象。基於簡單電路模型的分析結果表明，由於NbN-CNT雜化超導紗線的捻度特性，在特定的四探針測量中可以得到負的電阻值。這一發現並不意味著負電阻傳輸真的發生在單根超導納米線中，然而，沿著CNT-NbN方向的超導態和正常的金屬態共存現象可以證明扭曲紗線的橫截面上等位線的假設是無效的。
這種分析負電阻的經典方法不僅適用於與超導有關的材料，而且有望於解釋四探針測量中的各種異常電阻數據。https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.9b09026
---納米纖維素找北方世紀---
“高分子科學前沿”彙集了20萬高分子領域的專家學者、研究/研發人員。我們組建了80餘個綜合交流群（包括：教師群、企業高管群、碩士博士群、北美、歐洲等），專業交流群（塑料、橡塑彈性體、纖維、塗層黏合劑、油墨、凝膠、生物醫用高分子、高分子合成、膜材料、石墨烯、納米材料、表徵技術、車用高分子、發泡、聚酰亞胺、抗菌、仿生、腫瘤治療）。
我們的微博：高分子科學前沿，歡迎和我們互動。
我們的QQ交流群：451749996（務必備註：名字-單位-研究方向）
投稿 薦稿 合作：[email protected]
閱讀更多 高分子科學前沿 的文章
