中国科学家实现镍基超导体63K纪录,无需极端高压

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这些镍基材料在常压下实现超导电性。 中国科学家报告称,镍基高温超导体在常压下的超导转变温度分别达到63K、50K和46K。这项研究由南方科技大学薛其坤团队与中国科学技术大学合作完成,发表于《自然》期刊,详细

  这些镍基材料在常压下实现超导电性。

  中国科学家报告称,镍基高温超导体在常压下的超导转变温度分别达到63K、50K和46K。这项研究由南方科技大学薛其坤团队与中国科学技术大学合作完成,发表于《自然》期刊,详细介绍了如何将一种双层镍基材料的超导转变温度从之前的45K提升至63K。

  研究人员还另外制备了两种人工结构,其超导转变温度分别为50K和46K。这些成果在常压下实现,与以往通常需要高压环境的镍基超导研究形成鲜明对比。

  该团队首先设计了特定的原子堆叠序列,随后确认镍基材料是继铜基和铁基体系之后的第三类高温超导体。这一进展解决了高氧化态的要求——该要求通常会使材料在允许超导的条件下生长不稳定。

  实现原子尺度的材料生长控制

  研究团队采用了一种名为"强氧化原子层外延"的技术,在原子尺度上控制材料生长。据中国国际电视台(CGTN)报道,这种方法能够在强氧化条件下逐层组装原子结构。通过这种生长控制方式,研究人员制备出了具有特定电子特性的高质量氧化镍薄膜。

  除材料合成外,研究团队还识别了与这些超导态相关的电子特征,以更好地理解其物理机制。利用角分辨光电子能谱,研究人员发现超导样品在费米面附近具有独特的电子能带结构。这可以视为材料物理机制的实验证据。

  这些发现建立了原子结构、电子行为与超导电性之间的联系,有助于界定高温超导体的性质和行为。对镍基、铜基和铁基材料的比较研究,旨在帮助解决高温超导的机理问题。理解这些过程对于能源传输系统、精密传感器和量子计算的发展具有重要意义。

  面向未来能源技术

  在原子尺度上设计材料,为构建无电阻传输电流的系统提供了一种方法,可应用于未来的能源和信息技术。

  在另一项独立研究中,研究人员分析了La₃Ni₂O₇薄膜,以探究该族化合物中如何产生超导电性。该研究的作者之一、南京大学教授聂越峰当时解释说:"此前缺少一块关键的拼图——相图。我们想看看这个双层体系是否具有'超导穹顶'——非常规高温超导体的典型标志。"

  科学家们在测量了材料的特性后,绘制出了显示超导穹顶的相图。这是一个弯曲区域,超导电性在该区域内出现并在特定条件下增强。这种穹顶的存在与电子掺杂铜基超导体(铜氧化物)中观察到的模式相似。这一相似性表明,镍酸盐中的超导电性可能与费米面重构和电子对称性有关。

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