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Supraleiter haben aufgrund ihres enormen Anwendungspotenzials große Aufmerksamkeit auf sich gezogen und die Suche nach neuen Hochtemperatur-Supraleitern ist ein eifriges Ziel der wissenschaftlichen Gemeinschaft.

Am Abend des 17. Juli, Pekinger Zeit, wurden die Forschungsergebnisse des Teams von Professor Zhao Jun vom Fachbereich Physik der Fudan-Universität in der neuesten Ausgabe von Nature unter dem Titel „Superconductivity in pressurized trilayer La4Ni3O10-δ single crystals“ veröffentlicht.

Screenshots der Forschungsergebnisse. Alle Bilder in diesem Artikel werden von der Fudan-Universität zur Verfügung gestellt.

Das Team von Professor Zhao Jun nutzte die optische Hochdruck-Floating-Zone-Technologie, um erfolgreich eine hochwertige Einkristallprobe aus dreischichtigem Nickeloxid La4Ni3O10 zu züchten und bestätigte damit die druckinduzierte Massensupraleitung in Nickeloxid, wobei sein supraleitender Volumenanteil 86 % erreichte bedeutet, dass ein weiterer neuer Typ von Hochtemperatur-Supraleiter entdeckt wurde. Die Studie ergab außerdem, dass diese Art von Material exotische Metalle und ein einzigartiges Zwischenschicht-Kopplungsverhalten aufweist, was den Menschen eine neue Perspektive und Plattform zum Verständnis des Mechanismus der Hochtemperatur-Supraleitung bietet.

Gruppenfoto der Mitglieder des Forschungsteams von Zhao Jun (Dritter von links in der ersten Reihe).

Supraleiter beziehen sich auf Materialien, die keinen Widerstand haben und bei einer bestimmten Übergangstemperatur vollständig diamagnetisch sind. Sie können in großem Umfang in Bereichen wie Energieübertragung und Energiespeicherung, medizinischer Bildgebung, Magnetschwebebahnen und Quantencomputern eingesetzt werden Anwendungen. Wert. Im Laufe der Jahre haben Wissenschaftler auf der ganzen Welt verschiedene Formen eingehender Forschung zum Phänomen der Hochtemperatursupraleitung durchgeführt. Doch nach fast vier Jahrzehnten der Bemühungen ist ihr Entstehungsmechanismus immer noch ein ungelöstes Rätsel.

Ein wichtiges Thema bei der Erforschung der Hochtemperatursupraleitung ist die Suche nach neuen Hochtemperatursupraleitern. Einerseits hofft man, Hinweise zu finden, um den Mechanismus der Hochtemperatursupraleitung aus einer neuen Perspektive zu verstehen. Andererseits könnten neue Materialsysteme auch neue Anwendungsperspektiven bieten.

In den von Nature veröffentlichten Forschungsergebnissen gelang es dem Team von Zhao Jun, eine hochwertige dreischichtige Nickeloxid-La4Ni3O10-Einkristallprobe zu synthetisieren. Die Probe zeigte unterhalb der supraleitenden kritischen Temperatur, dem supraleitenden Volumen, einen völlig diamagnetischen Meiss Der Anteil erreicht 86 %, was die supraleitenden Eigenschaften von Nickeloxid in großen Mengen deutlich beweist.

„Dieser supraleitende Volumenanteil kommt dem von Cuprat-Hochtemperatursupraleitern nahe, was zweifellos die Massensupraleitung von Nickeloxid bestätigt.“

Zhao Jun kam 2012 nach Abschluss seiner Postdoktorandentätigkeit an der University of California, Berkeley. Sein Forschungsschwerpunkt liegt auf der Erforschung der Neutronenstreuung an verwandten elektronischen Systemen wie Hochtemperatur-Supraleitern und quantenmagnetischen Materialien beschäftigt sich auch mit der Züchtung von Proben in großem Maßstab und der Messung ihrer thermodynamischen und Transporteigenschaften.

„Durchbrüche in der Hochtemperatur-Supraleitungsforschung werden hauptsächlich durch Experimente vorangetrieben, insbesondere durch die Entdeckung neuer Supraleiter. Bisher gibt es viele Phänomene, die durch bestehende Theorien nicht vollständig erklärt werden können.“ Kristallproben sind sehr rau, es ist notwendig, eine hohe Temperatur und einen scharfen Temperaturgradienten in einer bestimmten Umgebung mit hohem Sauerstoffdruck aufrechtzuerhalten, um ein stabiles Wachstum von Einkristallproben zu erreichen, da das Sauerstoffdruckfenster für die Phasenbildung klein ist Es ist anfällig für das Auftreten von Komponenten. Es handelt sich um ein symbiotisches Phänomen, und während des Wachstumsprozesses kann es leicht zu einer großen Anzahl von Defekten an den Spitzensauerstoffpositionen kommen, was der Grund für den geringen supraleitenden Gehalt von Nickeloxid sein könnte.“

Das Team nutzte die optische Hochdruck-Floating-Zone-Technologie, um eine große Anzahl von Proben zu züchten, suchte ständig nach den Regeln und fasste sie zusammen. Nach vielen Fehlschlägen gelang es ihnen schließlich, eine reinphasige dreischichtige La4Ni3O10-Nickeloxid-Einkristallprobe zu synthetisieren. Darüber hinaus führte das Team eine Reihe von Neutronenbeugungs- und Röntgenbeugungsmessungen durch, um die Gitterstruktur sowie die Sauerstoffatomkoordinaten und den Sauerstoffgehalt des Materials genau zu bestimmen, und stellte fest, dass es nahezu keine Scheitelpunktsauerstoffdefekte gab.

Basierend auf hochwertigen Einkristallproben entdeckten das Team und seine Mitarbeiter mithilfe der Diamantamboss-Technologie das Phänomen des supraleitenden Nullwiderstands, das durch den Druck von La4Ni3O10 hervorgerufen wird. Unter einem Druck von 69 GPa erreicht die supraleitende kritische Temperatur 30 K. Basierend auf diamagnetischen Daten wird geschätzt, dass der supraleitende Volumenanteil dieser Einkristallprobe bis zu 86 % beträgt, was die supraleitenden Eigenschaften von Nickeloxid im Volumen bestätigt.

Die Ergebnisse dieser Forschung stellen auch das supraleitende Phasendiagramm des La4Ni3O10-Systems unter Druck detailliert dar und verdeutlichen den Zusammenhang zwischen Ladungsdichtewellen/Spindichtewellen, Supraleitung, Verhalten exotischer Metalle und Phasenübergängen der Kristallstruktur im Phasendiagramm. Die Ergebnisse zeigen, dass die Nickeloxid-Supraleitung möglicherweise einen anderen Zwischenschicht-Kopplungsmechanismus aufweist als die Kuprat-Supraleitung, was wichtige Einblicke in die Untersuchung des elektrischen Mechanismus der Nickeloxid-Supraleitung bietet und eine Grundlage für die Untersuchung der Spin-Ladungs-Ordnung und der Flachbandstruktur bietet. Zwischenschichtkorrelationen, exotisches metallisches Verhalten und Hochtemperatursupraleitung stellen eine wichtige Materialplattform dar.

Im nächsten Schritt wird sich das Team von Zhao Jun weiterhin auf wichtige Fragen im Bereich der Hochtemperatursupraleitung konzentrieren, die intrinsischen Zusammenhänge und Mechanismen von Hochtemperatursupraleitern in verschiedenen Systemen erforschen und leistungsstärkere Hochtemperatursupraleiter verstehen und entdecken .

Zhao Jun, Professor an der Fudan-Universität, Guo Jiangang, Forscher am Institut für Physik der Chinesischen Akademie der Wissenschaften, und Zeng Qiaoshi, Forscher am Beijing High Voltage Science Research Center, sind die Mitautoren des Papiers. Zhu Yinghao, Postdoktorand am Fachbereich Physik der Fudan-Universität, Peng Di, Doktorand am Beijing High Voltage Science Research Center, Zhang Enkang vom Fachbereich Physik der Fudan-Universität, außerordentlicher Professor Pan Bingying von der Ocean University of China und der Ingenieur Chen Xu vom Institut für Physik der Chinesischen Akademie der Wissenschaften sind die Co-Erstautoren.