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1911年,荷蘭物理學(xué)家??恕た┝帧ぐ簝?nèi)斯在汞(Hg)中首次發(fā)現(xiàn)超導(dǎo)現(xiàn)象——當(dāng)他把汞冷卻到約4K(“K”為熱力學(xué)溫度單位“開爾文”,4K=-269.15℃)時,汞的電阻突然消失,變?yōu)榱?。此后很長時間,科學(xué)家們都認(rèn)為只有汞、鉛、鋁等常規(guī)金屬和簡單合金,在極低溫下才能展現(xiàn)出超導(dǎo)性。
在《自然》此次發(fā)布的研究成果中,趙俊團(tuán)隊成功合成了高質(zhì)量的三層鎳氧化物L(fēng)a4Ni3O10單晶樣品,樣品在低于超導(dǎo)臨界溫度時表現(xiàn)出了零電阻和完全抗磁的邁斯納效應(yīng),超導(dǎo)體積分?jǐn)?shù)達(dá)到86%。
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。
直到1986年,約翰內(nèi)斯·貝德諾爾茨和卡爾·亞歷山大·米勒在鑭鋇銅氧化物(La-Ba-Cu-O)中發(fā)現(xiàn)了高溫超導(dǎo)現(xiàn)象,臨界溫度可以高達(dá)30K。后來,包括我國科學(xué)家在內(nèi)的多國科學(xué)家將其超導(dǎo)臨界溫度提升至液氮溫區(qū)(77K)直至超過130K。
乐鱼网APP下载官方版據(jù)介紹,復(fù)旦大學(xué)物理學(xué)系趙俊教授團(tuán)隊利用高壓光學(xué)浮區(qū)技術(shù)成功生長了三層鎳氧化物L(fēng)a4Ni3O10高質(zhì)量單晶樣品,證實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%。研究還發(fā)現(xiàn)該類材料呈現(xiàn)出奇異金屬和獨特的層間耦合行為,為人們理解高溫超導(dǎo)機理提供了新的視角和平臺。
2023年,中國科學(xué)家在具有雙層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,進(jìn)一步將鎳氧化物的超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度提高到了液氮溫區(qū)。但這種材料的超導(dǎo)體積分?jǐn)?shù)較低,容易表現(xiàn)出絲狀超導(dǎo)現(xiàn)象,很難形成體超導(dǎo)電性。因此,尋找新的超導(dǎo)體系,提高超導(dǎo)體積分?jǐn)?shù),實現(xiàn)體超導(dǎo)電性十分關(guān)鍵。
高溫超導(dǎo)現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn),打破了人們對超導(dǎo)只能存在于極低溫的認(rèn)知。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40年努力,其形成機理仍是未解之謎。
該研究成果以“加壓三層La4Ni3O10-δ單晶的超導(dǎo)性”為題發(fā)表于最新一期的《自然》。《自然》同期在“新聞和觀點”專欄對該文進(jìn)行亮點推薦和介紹。
這項研究結(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。
鎳元素在元素周期表中緊鄰銅元素,鎳氧化物被認(rèn)為是實現(xiàn)高溫超導(dǎo)電性的重要候選材料之一。但經(jīng)過幾十年的研究,人們發(fā)現(xiàn)在鎳氧化物中實現(xiàn)超導(dǎo)電性的條件十分苛刻。
下一步,趙俊團(tuán)隊還將繼續(xù)聚焦高溫超導(dǎo)領(lǐng)域重大問題,探究不同體系高溫超導(dǎo)體的內(nèi)在聯(lián)系和機理,理解和發(fā)現(xiàn)更高性能的高溫超導(dǎo)體。
2019年,具有無限層NiO2面的Nd0.8Sr0.2NiO2體系被報道具有超導(dǎo)電性,其轉(zhuǎn)變溫度約為5-15K。但這類體系超導(dǎo)電性僅能存在于薄膜樣品之中,塊體材料卻無法實現(xiàn)超導(dǎo)。
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