7月17日晚間，《自然》發(fā)布復旦大學最新成果：一種新型高溫超導體被發(fā)現(xiàn)。
據(jù)介紹，復旦大學物理學系趙俊教授團隊利用高壓光學浮區(qū)技術成功生長了三層鎳氧化物La4Ni3O10高質量單晶樣品，證實了鎳氧化物中具有壓力誘導的體超導電性，其超導體積分數(shù)達到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機理提供了新的視角和平臺。
該研究成果以“加壓三層La4Ni3O10-δ單晶的超導性”為題發(fā)表于最新一期的《自然》?！蹲匀弧吠谠?ldquo;新聞和觀點”專欄對該文進行亮點推薦和介紹。
超導體指的是在特定轉變溫度之下電阻為零且呈現(xiàn)完全抗磁性的材料，能廣泛應用于電力傳輸和儲能、醫(yī)學成像、磁懸浮列車、量子計算等領域，具有重要的科學研究和技術應用價值。迄今為止，已有10位科學家因超導研究獲諾貝爾獎。超導體因巨大應用潛力備受關注，尋找新型高溫超導體是科學界孜孜以求的目標。
1911年，荷蘭物理學家?？?middot;卡末林·昂內斯在汞（Hg）中首次發(fā)現(xiàn)超導現(xiàn)象——當他把汞冷卻到約4K（“K”為熱力學溫度單位“開爾文”，4K=-269.15℃）時，汞的電阻突然消失，變?yōu)榱?。此后很長時間，科學家們都認為只有汞、鉛、鋁等常規(guī)金屬和簡單合金，在極低溫下才能展現(xiàn)出超導性。
直到1986年，約翰內斯·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)了高溫超導現(xiàn)象，臨界溫度可以高達30K。后來，包括我國科學家在內的多國科學家將其超導臨界溫度提升至液氮溫區(qū)（77K）直至超過130K。
高溫超導現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)，打破了人們對超導只能存在于極低溫的認知。多年來，世界各國科學家圍繞高溫超導現(xiàn)象進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。
研究高溫超導的一個重要課題，就是尋找新型高溫超導體。一方面，人們希望從新的角度尋找理解高溫超導機理的線索，另一方面，新的材料體系也可能提供新的應用前景。
鎳元素在元素周期表中緊鄰銅元素，鎳氧化物被認為是實現(xiàn)高溫超導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)超導電性的條件十分苛刻。
2019年，具有無限層NiO2面的Nd0.8Sr0.2NiO2體系被報道具有超導電性，其轉變溫度約為5-15K。但這類體系超導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。
2023年，中國科學家在具有雙層NiO2面結構的鎳氧化物La3Ni2O7中發(fā)現(xiàn)了壓力誘導的高溫超導電性，超導臨界溫度達到80K，進一步將鎳氧化物的超導轉變溫度提高到了液氮溫區(qū)。但這種材料的超導體積分數(shù)較低，容易表現(xiàn)出絲狀超導現(xiàn)象，很難形成體超導電性。因此，尋找新的超導體系，提高超導體積分數(shù)，實現(xiàn)體超導電性十分關鍵。
在《自然》此次發(fā)布的研究成果中，趙俊團隊成功合成了高質量的三層鎳氧化物La4Ni3O10單晶樣品，樣品在低于超導臨界溫度時表現(xiàn)出了零電阻和完全抗磁的邁斯納效應，超導體積分數(shù)達到86%。
“這個超導體積分數(shù)與銅氧化物高溫超導體接近，毫無疑問證實了鎳氧化物的體超導電性。”趙俊說。
這項研究結果還精細刻畫了La4Ni3O10體系在壓力下的超導相圖，闡明了電荷密度波/自旋密度波、超導、奇異金屬行為和晶體結構相變在相圖中的關系。
下一步，趙俊團隊還將繼續(xù)聚焦高溫超導領域重大問題，探究不同體系高溫超導體的內在聯(lián)系和機理，理解和發(fā)現(xiàn)更高性能的高溫超導體。（殷夢昊 丁超逸 中青報·中青網(wǎng)記者 王燁捷 來源：中國青年報）
責任編輯：陳曉芳
