我國高溫超導(dǎo)體研究獲新突破
來源：科技日報(bào) 時間：2024-07-19 10:45
超導(dǎo)體因巨大應(yīng)用潛力備受關(guān)注，尋找新型高溫超導(dǎo)體是科學(xué)界孜孜以求的目標(biāo)。復(fù)旦大學(xué)物理學(xué)系趙俊團(tuán)隊(duì)利用高壓光學(xué)浮區(qū)技術(shù)，成功生長了三層鎳氧化物La4Ni3O10高質(zhì)量單晶樣品，證實(shí)了鎳氧化物中具有壓力誘導(dǎo)的體超導(dǎo)電性，其超導(dǎo)體積分?jǐn)?shù)達(dá)到86%，這意味著又一新型高溫超導(dǎo)體被發(fā)現(xiàn)。該項(xiàng)研究成果于北京時間7月17日晚發(fā)表于最新一期《自然》。
最新研究成果刊發(fā)于《自然》。復(fù)旦大學(xué)供圖
多年來，世界各國科學(xué)家圍繞高溫超導(dǎo)現(xiàn)象進(jìn)行了各種形式的深入研究，但經(jīng)過近四十年努力，其形成機(jī)理仍是未解之謎。研究高溫超導(dǎo)的一個重要課題，就是尋找新型高溫超導(dǎo)體。一方面，人們希望從新的角度尋找理解高溫超導(dǎo)機(jī)理的線索，另一方面，新的材料體系也可能提供新的應(yīng)用前景。
“高溫超導(dǎo)研究的突破大多由實(shí)驗(yàn)特別是新超導(dǎo)體的發(fā)現(xiàn)驅(qū)動，迄今為止還有很多現(xiàn)有理論無法完全解釋的現(xiàn)象。”趙俊介紹，“鎳氧化物單晶樣品的生長條件十分苛刻，需要在特定的高氧壓的環(huán)境中，保持高溫和尖銳的溫度梯度，才能實(shí)現(xiàn)單晶樣品的穩(wěn)定生長。由于成相的氧壓窗口很小，因此容易出現(xiàn)多種成分的鎳氧化物層狀共生的現(xiàn)象，且生長過程中極易出現(xiàn)大量頂點(diǎn)氧位置的缺陷，這可能是鎳氧化物超導(dǎo)含量低的原因。”
團(tuán)隊(duì)利用高壓光學(xué)浮區(qū)技術(shù)生長了大批樣品，最終成功合成了純相三層La4Ni3O10鎳氧化物單晶樣品。接著，團(tuán)隊(duì)開展了一系列中子衍射和X射線衍射測量，精確測定了材料的晶格結(jié)構(gòu)和氧原子坐標(biāo)及含量，發(fā)現(xiàn)其中幾乎沒有頂點(diǎn)氧缺陷。
以高質(zhì)量單晶樣品為基礎(chǔ)，團(tuán)隊(duì)與合作者利用金剛石對頂砧技術(shù)，發(fā)現(xiàn)了La4Ni3O10壓力誘導(dǎo)的超導(dǎo)零電阻現(xiàn)象，在69吉帕壓力下，超導(dǎo)臨界溫度達(dá)到30開爾文。根據(jù)抗磁性數(shù)據(jù)估算，該單晶樣品的超導(dǎo)體積分?jǐn)?shù)高達(dá)86%，證實(shí)了鎳氧化物的體超導(dǎo)性質(zhì)。
這項(xiàng)研究結(jié)果還精細(xì)刻畫了La4Ni3O10體系在壓力下的超導(dǎo)相圖，闡明了電荷密度波/自旋密度波、超導(dǎo)、奇異金屬行為和晶體結(jié)構(gòu)相變在相圖中的關(guān)系。（王春）
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