中國(guó)科學(xué)家實(shí)現(xiàn)鎳基超導(dǎo)體63K紀(jì)錄，無需極端高壓

這些鎳基材料在常壓下實(shí)現(xiàn)超導(dǎo)電性。

中國(guó)科學(xué)家報(bào)告稱，鎳基高溫超導(dǎo)體在常壓下的超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度分別達(dá)到63K、50K和46K。這項(xiàng)研究由南方科技大學(xué)薛其坤團(tuán)隊(duì)與中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)合作完成，發(fā)表于《自然》期刊，詳細(xì)介紹了如何將一種雙層鎳基材料的超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度從之前的45K提升至63K。

研究人員還另外制備了兩種人工結(jié)構(gòu)，其超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度分別為50K和46K。這些成果在常壓下實(shí)現(xiàn)，與以往通常需要高壓環(huán)境的鎳基超導(dǎo)研究形成鮮明對(duì)比。

該團(tuán)隊(duì)首先設(shè)計(jì)了特定的原子堆疊序列，隨后確認(rèn)鎳基材料是繼銅基和鐵基體系之后的第三類高溫超導(dǎo)體。這一進(jìn)展解決了高氧化態(tài)的要求——該要求通常會(huì)使材料在允許超導(dǎo)的條件下生長(zhǎng)不穩(wěn)定。

實(shí)現(xiàn)原子尺度的材料生長(zhǎng)控制

研究團(tuán)隊(duì)采用了一種名為"強(qiáng)氧化原子層外延"的技術(shù)，在原子尺度上控制材料生長(zhǎng)。據(jù)中國(guó)國(guó)際電視臺(tái)（CGTN）報(bào)道，這種方法能夠在強(qiáng)氧化條件下逐層組裝原子結(jié)構(gòu)。通過這種生長(zhǎng)控制方式，研究人員制備出了具有特定電子特性的高質(zhì)量氧化鎳薄膜。

除材料合成外，研究團(tuán)隊(duì)還識(shí)別了與這些超導(dǎo)態(tài)相關(guān)的電子特征，以更好地理解其物理機(jī)制。利用角分辨光電子能譜，研究人員發(fā)現(xiàn)超導(dǎo)樣品在費(fèi)米面附近具有獨(dú)特的電子能帶結(jié)構(gòu)。這可以視為材料物理機(jī)制的實(shí)驗(yàn)證據(jù)。

這些發(fā)現(xiàn)建立了原子結(jié)構(gòu)、電子行為與超導(dǎo)電性之間的聯(lián)系，有助于界定高溫超導(dǎo)體的性質(zhì)和行為。對(duì)鎳基、銅基和鐵基材料的比較研究，旨在幫助解決高溫超導(dǎo)的機(jī)理問題。理解這些過程對(duì)于能源傳輸系統(tǒng)、精密傳感器和量子計(jì)算的發(fā)展具有重要意義。

面向未來能源技術(shù)

在原子尺度上設(shè)計(jì)材料，為構(gòu)建無電阻傳輸電流的系統(tǒng)提供了一種方法，可應(yīng)用于未來的能源和信息技術(shù)。

在另一項(xiàng)獨(dú)立研究中，研究人員分析了La?Ni?O?薄膜，以探究該族化合物中如何產(chǎn)生超導(dǎo)電性。該研究的作者之一、南京大學(xué)教授聶越峰當(dāng)時(shí)解釋說："此前缺少一塊關(guān)鍵的拼圖——相圖。我們想看看這個(gè)雙層體系是否具有'超導(dǎo)穹頂'——非常規(guī)高溫超導(dǎo)體的典型標(biāo)志。"

科學(xué)家們?cè)跍y(cè)量了材料的特性后，繪制出了顯示超導(dǎo)穹頂?shù)南鄨D。這是一個(gè)彎曲區(qū)域，超導(dǎo)電性在該區(qū)域內(nèi)出現(xiàn)并在特定條件下增強(qiáng)。這種穹頂?shù)拇嬖谂c電子摻雜銅基超導(dǎo)體（銅氧化物）中觀察到的模式相似。這一相似性表明，鎳酸鹽中的超導(dǎo)電性可能與費(fèi)米面重構(gòu)和電子對(duì)稱性有關(guān)。

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