常壓下合成新鎳基超導體高壓下實現(xiàn)96K超導轉(zhuǎn)變溫度
中國科學家刷新鎳基高溫超導紀錄
●研究團隊摒棄了傳統(tǒng)制備法，創(chuàng)新性地采用常壓熔劑法，不僅擺脫了以往對復雜高壓氧氣設(shè)備的依賴，降低了制備門檻和成本，還通過引入離子半徑較小的釤產(chǎn)生“化學壓力”，有效抑制了雜相生成，獲得了成分均勻、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的高質(zhì)量單晶
近日，山東大學晶體材料全國重點實驗室張俊杰教授、陶緒堂教授團隊聯(lián)合北京高壓科學研究中心曾橋石研究員等國內(nèi)外多個團隊，在鎳基高溫超導研究中取得重大突破：成功在常壓環(huán)境下合成一種新鎳基超導體，并在高壓條件下觀測到高達96K（約零下177攝氏度）的超導轉(zhuǎn)變溫度，創(chuàng)下該類材料超導轉(zhuǎn)變溫度（Tc）的最高紀錄。12月2日，相關(guān)研究成果刊發(fā)于國際頂級期刊《自然》。
超導是指某些材料在特定溫度條件下，電阻突降為零，并呈現(xiàn)完全抗磁性的物理現(xiàn)象，其臨界溫度計為Tc。自1911年被發(fā)現(xiàn)以來，超導技術(shù)一直被視作未來能源、交通、醫(yī)療及信息技術(shù)等領(lǐng)域產(chǎn)生革命性變革的關(guān)鍵所在。然而，傳統(tǒng)超導體需在接近絕對零度的極低溫度下工作，制冷成本高昂，因此探尋能在更高溫度下工作的“高溫超導體”，成為物理學界長期追求的目標。
此次研發(fā)出的新型超導材料屬于鎳基氧化物體系，是繼銅基、鐵基超導體之后的第三類非常規(guī)高溫超導體。“以前這類鎳基材料的單晶都需要在高壓環(huán)境下制備，需要10個大氣壓以上的氧壓條件?！睆埧〗芙榻B，研究團隊摒棄了傳統(tǒng)制備法，創(chuàng)新性地采用常壓熔劑法，不僅擺脫了以往對復雜高壓氧氣設(shè)備的依賴，降低了制備門檻和成本，還通過引入離子半徑較小的釤產(chǎn)生“化學壓力”，有效抑制了雜相生成，獲得了成分均勻、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的高質(zhì)量單晶。
合成后的單晶尺寸約200微米，相當于四五根頭發(fā)絲的直徑。在高壓條件下，確定尺寸極小的單晶是否超導也頗具挑戰(zhàn)。團隊采用氦氣作為傳壓介質(zhì)，測量了高壓下的電阻溫度曲線和邁斯納效應，將該鎳酸鹽樣品的超導轉(zhuǎn)變溫度從之前的80-83K提升至96K。
“在超導領(lǐng)域，通常將轉(zhuǎn)變溫度高于40K（約零下233攝氏度）稱為‘高溫超導’?！睆埧〗芙忉專瑴囟忍嵘囊饬x在于，提升后的超導轉(zhuǎn)變溫度遠高于液氮的沸點（77K），而液氮是一種相對廉價易得的制冷劑，降低了部分冷卻成本。
“最理想的狀態(tài)是找到室溫超導體，雖然現(xiàn)在鎳基超導材料離產(chǎn)業(yè)化應用還很遙遠，但每一步提升都意味著向?qū)嵱眠~進一步?！睆埧〗苷f，目前，團隊只是在單晶生長方面去掉了高壓條件，要觀測到其超導性質(zhì)，仍然需要在高壓環(huán)境下進行測量，“我們接下來的目標，就是探索能否在常壓下也實現(xiàn)其超導特性，徹底擺脫對高壓環(huán)境的依賴?！?/span>
此項研究也為破解高溫超導機理之謎提供了新的解題思路。“銅基超導研究了近40年，機理仍未完全清楚。我們希望發(fā)現(xiàn)更多類型的高溫超導材料，比較它們的共性與特性，把轉(zhuǎn)變溫度提得更高，從而為最終理解高溫超導的機理作出貢獻?！睆埧〗苷J為，隨著對鎳基等新型超導體系的持續(xù)探索，常溫常壓下的超導有望照進現(xiàn)實。
（大眾新聞·大眾日報記者 苑文颯）
來源：大眾新聞·大眾日報
編輯：張永超 劉德增
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