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中國研究團(tuán)隊(duì)又發(fā)現(xiàn)一新型高溫超導(dǎo)體

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中國研究團(tuán)隊(duì)又發(fā)現(xiàn)一新型高溫超導(dǎo)體

研究證實(shí)了鎳氧化物的體超導(dǎo)電性。

圖片來源:界面圖庫

界面新聞?dòng)浾?| 高菁

中國超導(dǎo)研究又有新突破。

7月18日,復(fù)旦大學(xué)宣布,該校物理學(xué)系趙俊教授團(tuán)隊(duì)利用高壓光學(xué)浮區(qū)技術(shù),成功生長三層鎳氧化物L(fēng)a4Ni3O10高質(zhì)量單晶樣品,并證實(shí)了鎳氧化物中具有壓力誘導(dǎo)的體超導(dǎo)電性(bulk superconductivity)。

該研究成果在7月17日晚,以“Superconductivity in pressurized trilayer La4Ni3O10-δ single crystals為題發(fā)表于最新一期的《自然》雜志上。

超導(dǎo)體是指在特定轉(zhuǎn)變溫度之下電阻為零且呈現(xiàn)完全抗磁性(即邁斯納效應(yīng))的材料,能廣泛應(yīng)用于電力傳輸和儲(chǔ)能、醫(yī)學(xué)成像、磁懸浮列車、量子計(jì)算等領(lǐng)域。

根據(jù)實(shí)現(xiàn)溫度不同,超導(dǎo)體可分為低溫超導(dǎo)材料和高溫超導(dǎo)材料。

低溫超導(dǎo)材料通常需要借助4K(-269°C)的液氦來實(shí)現(xiàn)20K以下的環(huán)境,來實(shí)現(xiàn)超導(dǎo)電性。由于氦氣是稀有氣體,液化技術(shù)也很難,極大地限制了低溫超導(dǎo)材料的應(yīng)用,科學(xué)家始終在探索更高溫度的超導(dǎo)體。

高溫超導(dǎo)材料所需的溫度相對來說要高得多,通常可以達(dá)到40K(-233°C)以上,甚至可以高達(dá)-100°C以上。

鎳氧化物被認(rèn)為是實(shí)現(xiàn)高溫超導(dǎo)電性的重要候選材料之一。但在鎳氧化物中實(shí)現(xiàn)超導(dǎo)電性需要十分苛刻的條件。

趙俊及團(tuán)隊(duì)此次成功合成了高質(zhì)量三層鎳氧化物L(fēng)a4Ni3O10單晶樣品,并通過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 GPa壓力下,超導(dǎo)臨界溫度達(dá)到30K(-243.15°C),且超導(dǎo)體積分?jǐn)?shù)達(dá)到86%,意味著大部分材料都表現(xiàn)出了超導(dǎo)特性。

此外, 研究結(jié)果還表明了鎳氧化物超導(dǎo)可能與銅氧化物超導(dǎo)有著不同的層間耦合機(jī)制,為鎳氧化物超導(dǎo)電性機(jī)理的研究提供了重要見解。

趙俊表示,此次通過實(shí)現(xiàn)最終得出的超導(dǎo)體積分?jǐn)?shù)與銅氧化物高溫超導(dǎo)體接近,證實(shí)了鎳氧化物的體超導(dǎo)電性。

一位業(yè)內(nèi)專家向界面新聞表示, 趙俊教授團(tuán)隊(duì)此次的研究成果在超導(dǎo)領(lǐng)域是一個(gè)重要的進(jìn)展 ,“他們發(fā)現(xiàn)的是一個(gè)全新的鎳基超導(dǎo)體,雖然仍需要高壓才能實(shí)現(xiàn)超導(dǎo),但是證實(shí)超導(dǎo)組分很高,說明是體超導(dǎo)?!?/p>

去年7月,中山大學(xué)物理學(xué)院王猛教授團(tuán)隊(duì)在《自然》雜志刊登了高溫超導(dǎo)材料的科學(xué)成果——首次發(fā)現(xiàn)液氮溫區(qū)鎳氧化物超導(dǎo)體。液氮溫區(qū)指的是溫度在液氮沸點(diǎn)附近的范圍,即約-196°C左右。

王猛教授團(tuán)隊(duì)在具有雙層NiO2面結(jié)構(gòu)的鎳氧化物L(fēng)a3Ni2O7中發(fā)現(xiàn)了壓力誘導(dǎo)的高溫超導(dǎo)電性,超導(dǎo)臨界溫度達(dá)到80K(-193.15°C)。

這是繼中國科學(xué)家1980年代發(fā)現(xiàn)銅氧化物高溫超導(dǎo)體之后,人類發(fā)現(xiàn)的第二種液氮溫區(qū)非常規(guī)超導(dǎo)材料,也是在全球范圍內(nèi)首次發(fā)現(xiàn)全新高溫超導(dǎo)體系。

但該材料的超導(dǎo)體積分?jǐn)?shù)較低,難以形成體超導(dǎo)電性,即在一定的壓力條件下,材料的電阻降為零,并且表現(xiàn)出完全抗磁性。

超導(dǎo)體積分?jǐn)?shù)是指在超導(dǎo)狀態(tài)下,材料中超導(dǎo)電流所占的體積比例,反映了材料中有多少部分能夠表現(xiàn)出超導(dǎo)特性。積分?jǐn)?shù)越高,說明材料的超導(dǎo)性能越好。

“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?!壁w俊稱。

中國科學(xué)院物理研究所研究員羅會(huì)仟此前在接受界面新聞等媒體線上采訪時(shí)表示,全世界范圍內(nèi),中國在超導(dǎo)基礎(chǔ)研究領(lǐng)域位于前列。

從商業(yè)化的角度看,羅會(huì)仟指出,中國科學(xué)家已經(jīng)做出了全球第一根百米級鐵基超導(dǎo)的線材,走向了實(shí)用化道路。近幾年,民營資本也投向高溫超導(dǎo)帶材應(yīng)用領(lǐng)域,瞄準(zhǔn)強(qiáng)磁場、可控核聚變、磁懸浮列車等。

但材料從發(fā)現(xiàn)到應(yīng)用,有很長的路要走。商業(yè)化路途中,還有很多根本問題需要克服,大規(guī)模應(yīng)用還存在一定瓶頸。羅會(huì)仟說。

未經(jīng)正式授權(quán)嚴(yán)禁轉(zhuǎn)載本文,侵權(quán)必究。

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中國研究團(tuán)隊(duì)又發(fā)現(xiàn)一新型高溫超導(dǎo)體

研究證實(shí)了鎳氧化物的體超導(dǎo)電性。

圖片來源:界面圖庫

界面新聞?dòng)浾?| 高菁

中國超導(dǎo)研究又有新突破。

7月18日,復(fù)旦大學(xué)宣布,該校物理學(xué)系趙俊教授團(tuán)隊(duì)利用高壓光學(xué)浮區(qū)技術(shù),成功生長三層鎳氧化物L(fēng)a4Ni3O10高質(zhì)量單晶樣品,并證實(shí)了鎳氧化物中具有壓力誘導(dǎo)的體超導(dǎo)電性(bulk superconductivity)。

該研究成果在7月17日晚,以“Superconductivity in pressurized trilayer La4Ni3O10-δ single crystals為題發(fā)表于最新一期的《自然》雜志上。

超導(dǎo)體是指在特定轉(zhuǎn)變溫度之下電阻為零且呈現(xiàn)完全抗磁性(即邁斯納效應(yīng))的材料能廣泛應(yīng)用于電力傳輸和儲(chǔ)能、醫(yī)學(xué)成像、磁懸浮列車、量子計(jì)算等領(lǐng)域。

根據(jù)實(shí)現(xiàn)溫度不同,超導(dǎo)體可分為低溫超導(dǎo)材料和高溫超導(dǎo)材料。

低溫超導(dǎo)材料通常需要借助4K(-269°C)的液氦來實(shí)現(xiàn)20K以下的環(huán)境,來實(shí)現(xiàn)超導(dǎo)電性。由于氦氣是稀有氣體,液化技術(shù)也很難,極大地限制了低溫超導(dǎo)材料的應(yīng)用,科學(xué)家始終在探索更高溫度的超導(dǎo)體。

高溫超導(dǎo)材料所需的溫度相對來說要高得多,通??梢赃_(dá)到40K(-233°C)以上,甚至可以高達(dá)-100°C以上。

鎳氧化物被認(rèn)為是實(shí)現(xiàn)高溫超導(dǎo)電性的重要候選材料之一。但在鎳氧化物中實(shí)現(xiàn)超導(dǎo)電性需要十分苛刻的條件。

趙俊及團(tuán)隊(duì)此次成功合成了高質(zhì)量三層鎳氧化物L(fēng)a4Ni3O10單晶樣品,并通過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 GPa壓力下,超導(dǎo)臨界溫度達(dá)到30K(-243.15°C),且超導(dǎo)體積分?jǐn)?shù)達(dá)到86%,意味著大部分材料都表現(xiàn)出了超導(dǎo)特性。

此外, 研究結(jié)果還表明了鎳氧化物超導(dǎo)可能與銅氧化物超導(dǎo)有著不同的層間耦合機(jī)制,為鎳氧化物超導(dǎo)電性機(jī)理的研究提供了重要見解。

趙俊表示,此次通過實(shí)現(xiàn)最終得出的超導(dǎo)體積分?jǐn)?shù)與銅氧化物高溫超導(dǎo)體接近,證實(shí)了鎳氧化物的體超導(dǎo)電性。

一位業(yè)內(nèi)專家向界面新聞表示, 趙俊教授團(tuán)隊(duì)此次的研究成果在超導(dǎo)領(lǐng)域是一個(gè)重要的進(jìn)展 ,“他們發(fā)現(xiàn)的是一個(gè)全新的鎳基超導(dǎo)體,雖然仍需要高壓才能實(shí)現(xiàn)超導(dǎo),但是證實(shí)超導(dǎo)組分很高,說明是體超導(dǎo)?!?/p>

去年7月,中山大學(xué)物理學(xué)院王猛教授團(tuán)隊(duì)在《自然》雜志刊登了高溫超導(dǎo)材料的科學(xué)成果——首次發(fā)現(xiàn)液氮溫區(qū)鎳氧化物超導(dǎo)體。液氮溫區(qū)指的是溫度在液氮沸點(diǎn)附近的范圍,即約-196°C左右。

王猛教授團(tuán)隊(duì)在具有雙層NiO2面結(jié)構(gòu)的鎳氧化物L(fēng)a3Ni2O7中發(fā)現(xiàn)了壓力誘導(dǎo)的高溫超導(dǎo)電性,超導(dǎo)臨界溫度達(dá)到80K(-193.15°C)。

這是繼中國科學(xué)家1980年代發(fā)現(xiàn)銅氧化物高溫超導(dǎo)體之后,人類發(fā)現(xiàn)的第二種液氮溫區(qū)非常規(guī)超導(dǎo)材料,也是在全球范圍內(nèi)首次發(fā)現(xiàn)全新高溫超導(dǎo)體系。

但該材料的超導(dǎo)體積分?jǐn)?shù)較低,難以形成體超導(dǎo)電性,即在一定的壓力條件下,材料的電阻降為零,并且表現(xiàn)出完全抗磁性。

超導(dǎo)體積分?jǐn)?shù)是指在超導(dǎo)狀態(tài)下,材料中超導(dǎo)電流所占的體積比例,反映了材料中有多少部分能夠表現(xiàn)出超導(dǎo)特性。積分?jǐn)?shù)越高,說明材料的超導(dǎo)性能越好。

“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。”趙俊稱。

中國科學(xué)院物理研究所研究員羅會(huì)仟此前在接受界面新聞等媒體線上采訪時(shí)表示,全世界范圍內(nèi),中國在超導(dǎo)基礎(chǔ)研究領(lǐng)域位于前列。

從商業(yè)化的角度看,羅會(huì)仟指出,中國科學(xué)家已經(jīng)做出了全球第一根百米級鐵基超導(dǎo)的線材,走向了實(shí)用化道路。近幾年,民營資本也投向高溫超導(dǎo)帶材應(yīng)用領(lǐng)域,瞄準(zhǔn)強(qiáng)磁場、可控核聚變、磁懸浮列車等。

但材料從發(fā)現(xiàn)到應(yīng)用,有很長的路要走。商業(yè)化路途中,還有很多根本問題需要克服,大規(guī)模應(yīng)用還存在一定瓶頸。羅會(huì)仟說。

未經(jīng)正式授權(quán)嚴(yán)禁轉(zhuǎn)載本文,侵權(quán)必究。