我國科學(xué)家牽頭的科研團(tuán)隊(duì)利用我國綜合極端條件實(shí)驗(yàn)裝置，在一種雙鎳氧層鈣鈦礦材料La2PrNi2O7中，實(shí)現(xiàn)了塊體高溫超導(dǎo)電性，并揭示了鎳基高溫超導(dǎo)體的結(jié)構(gòu)起源。
該研究由中國科學(xué)院物理研究所程金光研究員團(tuán)隊(duì)和周睿研究員團(tuán)隊(duì)聯(lián)合國內(nèi)外多個(gè)研究團(tuán)隊(duì)完成，相關(guān)成果10月2日在國際學(xué)術(shù)期刊《自然》發(fā)表。
綜合極端條件實(shí)驗(yàn)裝置的六面砧高壓實(shí)驗(yàn)站和強(qiáng)磁場核磁共振實(shí)驗(yàn)站的實(shí)物照片，以及La2PrNi2O7多晶樣品的高壓結(jié)構(gòu)演化和超導(dǎo)相圖。（中國科學(xué)院物理研究所供圖）
超導(dǎo)電性是指某些材料在溫度降低到某一臨界值以下時(shí)，電阻突然消失的現(xiàn)象。這種材料被稱為超導(dǎo)體，在眾多高技術(shù)領(lǐng)域擁有巨大應(yīng)用潛力。然而，超導(dǎo)體要實(shí)現(xiàn)超導(dǎo)態(tài)，必須要有極低溫的環(huán)境。找到臨界溫度更高、更適于應(yīng)用的超導(dǎo)體，是科學(xué)家努力追求的目標(biāo)。
2023年，我國科研人員發(fā)現(xiàn)La3Ni2O7單晶在高壓下存在臨界溫度約80K（約零下193攝氏度）的高溫超導(dǎo)電性現(xiàn)象，掀起了鎳基高溫超導(dǎo)的研究熱潮。目前，如何在該體系中實(shí)現(xiàn)塊體超導(dǎo)態(tài)并揭示超導(dǎo)電性的結(jié)構(gòu)起源是關(guān)鍵科學(xué)問題。
“零電阻態(tài)和完全抗磁性是判定實(shí)現(xiàn)超導(dǎo)電性的關(guān)鍵實(shí)驗(yàn)證據(jù)?！背探鸸饨榻B，此項(xiàng)研究中，團(tuán)隊(duì)將研究對象轉(zhuǎn)向晶體質(zhì)量更易控制的多晶樣品，采用離子半徑較小的鐠（Pr）部分替代鑭（La），成功抑制了La3Ni2O7中不同鎳氧化物共生和內(nèi)頂角氧空位等問題，制備了高壓下臨界溫度82.5K的La2PrNi2O7多晶樣品，并從中成功觀測到零電阻態(tài)和完全抗磁性。
“該研究結(jié)果表明，鎳基高溫超導(dǎo)電性起源于雙鎳氧層鈣鈦礦相，并揭示了微觀結(jié)構(gòu)無序?qū)Ω邷爻瑢?dǎo)電性的不利影響，對于鎳基高溫超導(dǎo)材料的進(jìn)一步優(yōu)化設(shè)計(jì)與合成具有重要指導(dǎo)作用?！敝茴Ｕf。
綜合極端條件實(shí)驗(yàn)裝置是國家“十二五”重大科技基礎(chǔ)設(shè)施，已建成國際先進(jìn)的集極低溫、超高壓、強(qiáng)磁場和超快光場等綜合極端條件為一體的實(shí)驗(yàn)裝置，可極大提升我國在物質(zhì)科學(xué)及相關(guān)領(lǐng)域的基礎(chǔ)研究與應(yīng)用基礎(chǔ)研究綜合實(shí)力。（記者張泉）
