uutiset

한어Русский языкEnglishFrançaisIndonesianSanskrit日本語DeutschPortuguêsΕλληνικάespañolItalianoSuomalainenLatina

Suprajohteet ovat herättäneet paljon huomiota niiden valtavan sovelluspotentiaalin vuoksi

Etsitään uusia korkean lämpötilan suprajohtimia

Se on tavoite, johon tiedeyhteisö pyrkii

Nature on juuri julkaissut uusimmat tulokset Fudanin yliopistosta

Toinen uusi korkean lämpötilan suprajohde löydetty!

Fysiikan laitos, Fudanin yliopisto

Professori Zhao Junin tiimi

Onnistuneesti kasvatettu korkeapaineisella optisella kelluva vyöhyketeknologialla

Kolme kerrosta nikkelioksidia La4Ni3O10

Laadukkaat yksikidenäytteet

todistettuNikkelioksidit ovat paineen aiheuttamia

bulkkisuprajohtavuus

(bulkkisuprajohtavuus)

Sen suprajohtava tilavuusosuus on 86 %

Tutkimuksessa havaittiin myös, että tämäntyyppinen materiaali on esillä

Eksoottiset metallit ja ainutlaatuinen kerrosten välinen kytkentäkäyttäytyminen

Auttaa ihmisiä ymmärtämään korkean lämpötilan suprajohtavuuden mekanismia

Tarjoaa uusia näkökulmia ja alustoja

Heinäkuun 17. päivän iltana Pekingin aikaa tutkimustulokset julkaistiin Nature-lehden viimeisimmässä numerossa otsikolla "Superconductivity in paineistetuissa kolmikerroksisissa La4Ni3O10-δ yksittäiskiteissä". Samaan aikaan Nature suositteli ja esitteli tämän artikkelin kohokohdat "News&Views" -sarakkeessa otsikon "Suprajohtavuuden etsintä laajenee" alla.

Ryhmäkuva Zhao Junista (eturivissä kolmas vasemmalta) tutkimusryhmän jäsenistä

Voiko nikkelioksidi olla massasuprajohde?

Fysiikan palapelit sisältävät vastauksia

Suprajohteet viittaavat materiaaleihin, joilla on nollavastus ja jotka ovat täysin diamagneettisia tietyssä siirtymälämpötilassa. Niitä voidaan käyttää laajalti sellaisilla aloilla kuin voimansiirto ja energian varastointi, lääketieteellinen kuvantaminen, maglev-junat ja kvanttilaskenta sovellusten arvo. Tähän mennessä 10 tiedemiestä on voittanut Nobel-palkinnon suprajohtavuuden tutkimuksestaan.

Vuonna 1911 hollantilainen fyysikko Heike Kamerlingh Onnes löysi ensin suprajohtavuuden elohopeassa (Hg), kun hän jäähdytti elohopean noin 4 K:een ("K" tarkoittaa termodynamiikkaa Kun lämpötilayksikkö on "Kelvin" (4 K = -269,15 ℃), elohopean vastus katoaa yhtäkkiä ja muuttuu nollaan. Tiedemiehet uskoivat pitkään, että vain tavanomaiset metallit ja yksinkertaiset seokset, kuten elohopea, lyijy ja alumiini, voivat osoittaa suprajohtavuutta erittäin alhaisissa lämpötiloissa.

Vasta vuonna 1986 Johannes Georg Bednorz ja Karl Alexander Müller löysivät korkean lämpötilan suprajohtavuuden lantaanibariumkuparioksidin (La-Ba-Cu-O) -ilmiössä, kriittinen lämpötila voi olla jopa 30 K. Myöhemmin monien maiden tutkijat, mukaan lukien kiinalaiset tutkijat, nostivat suprajohtavuuden kriittisen lämpötilan nestemäisen typen lämpötila-alueelle (77 K), kunnes se ylitti 130 K.

Korkean lämpötilan suprajohtavuuden löytö rikkoi ihmisten ymmärryksen siitä, että suprajohtavuus voi olla olemassa vain erittäin matalissa lämpötiloissa.Vuosien varrella tiedemiehet eri puolilta maailmaa ovat tehneet erilaisia ​​syvällisiä tutkimuksia korkean lämpötilan suprajohtavuudesta. Sen muodostumismekanismi on kuitenkin edelleen ratkaisematon mysteeri lähes neljän vuosikymmenen ajan.

Tärkeä aihe korkean lämpötilan suprajohtavuuden tutkimuksessa on uusien korkean lämpötilan suprajohteiden etsiminen. Toisaalta ihmiset toivovat löytävänsä johtolankoja ymmärtääkseen korkean lämpötilan suprajohtavuuden mekanismia uudesta näkökulmasta. Toisaalta uudet materiaalijärjestelmät voivat tarjota myös uusia käyttömahdollisuuksia.

Nikkeli on jaksollisessa taulukossa kuparin vieressä, ja nikkelioksidia pidetään yhtenä tärkeistä ehdokasmateriaaleista korkean lämpötilan suprajohtavuuden saavuttamiseksi.Mutta vuosikymmenien tutkimuksen jälkeen havaittiin, että olosuhteet suprajohtavuuden saavuttamiseksi nikkelioksidissa ovat erittäin vaativat.

Vuonna 2019 Nd0.8Sr0.2NiO2-järjestelmällä, jossa oli äärettömiä kerroksia NiO2-pintoja, ilmoitettiin olevan suprajohtavuus, ja sen siirtymälämpötila oli noin 5-15 K. Tämän tyyppisten järjestelmien suprajohtavuus voi kuitenkin esiintyä vain ohuissa kalvonäytteissä, ja bulkkimateriaalit eivät voi saavuttaa suprajohtavuutta.

Vuonna 2023 kiinalaiset tutkijat havaitsivat paineen aiheuttaman korkean lämpötilan suprajohtavuuden nikkelioksidissa La3Ni2O7, jossa on kaksikerroksinen NiO2-pintarakenne. Suprajohtavan kriittinen lämpötila saavutti 80 K, mikä nosti entisestään nikkelioksidin suprajohtavuuden siirtymälämpötilaa nestemäisen typen lämpötilavyöhykkeeksi. . Tällä materiaalilla on kuitenkin pieni suprajohtava tilavuusosuus, se osoittaa helposti filamenttista suprajohtavuutta ja sitä on vaikea muodostaa massasuprajohtavuutta. Siksi on ratkaisevan tärkeää löytää uusia suprajohtavia järjestelmiä, lisätä suprajohtavien tilavuusosuutta ja saavuttaa bulkkisuprajohtavuus.

Naturen tällä kertaa julkaisemissa tutkimustuloksissa Zhao Junin tiimi onnistui syntetisoimaan korkealaatuisen kolmikerroksisen nikkelioksidin La4Ni3O10-yksikidenäytteen. Näyte osoitti nollaresistanssin ja täysin diamagneettisen Nano-ilmiön, suprajohtavan lämpötilan fraktio saavuttaa 86%, mikä todistaa vahvasti nikkelioksidin bulkkisuprajohtavat ominaisuudet.

"Tämä suprajohtava tilavuusosuus on lähellä korkean lämpötilan kupraattisuprajohteita, mikä epäilemättä vahvistaa nikkelioksidin massasuprajohtavuuden, sanoi Zhao Jun.

Tarjoa uusi näkökulma ja alusta suprajohtavaan tutkimukseen

Sitoutunut löytämään tehokkaampia korkean lämpötilan suprajohteita

Zhao Jun tuli Fudanin yliopiston fysiikan laitokselle vuonna 2012 suoritettuaan tohtorintutkinnon Kalifornian yliopistossa, Berkeleyssä. Hän keskittyy neutronien sirontatutkimukseen liittyvissä elektronisissa järjestelmissä harjoittaa myös suuren mittakaavan korkealaatuisten yksittäiskiteiden tuotantoa ja niiden termodynaamisten ja kuljetusominaisuuksien mittaamista.

"Korkeiden lämpötilojen suprajohtavuustutkimuksen läpimurtoja ohjaavat enimmäkseen kokeet, erityisesti uusien suprajohteiden löytäminen. Toistaiseksi on monia ilmiöitä, joita ei voida täysin selittää olemassa olevilla teorioilla, Zhao Jun sanoi: "Nikkelioksidin kasvuolosuhteet." kidenäytteet ovat erittäin ankaria, on välttämätöntä ylläpitää korkea lämpötila ja terävä lämpötilagradientti tietyssä korkean happipaineen ympäristössä, jotta yksikidenäytteitä kasvaisi vakaasti Se on symbioottinen ilmiö, ja kasvuprosessin aikana esiintyy helposti suuri määrä vikoja happipisteissä, mikä saattaa olla syynä nikkelioksidin alhaiseen suprajohtavuuspitoisuuteen.

tiimiHyödynnä korkeajännitteistä optista kelluvaa vyöhyketekniikkaa Suuri määrä näytteitä kasvatettiin ja sääntöjä etsittiin ja tiivistettiin jatkuvasti Monien epäonnistumisten jälkeen, puhdasfaasinen kolmikerroksinen La4Ni3O10-nikkelioksidin yksikidenäyte syntetisoitiin. Lisäksi ryhmä suoritti sarjan neutronidiffraktio- ja röntgendiffraktiomittauksia,Hilarakenne, happiatomikoordinaatit ja materiaalin pitoisuus mitattiin tarkasti, ja todettiin, että kärkihappivirheitä ei juuri ollut.。

(a) Valokuva La4Ni3O10-δ-yksikidenäytteestä (b) Neutroni- ja röntgendiffraktiotiedot (c) Hilarakenteen kehitys paineen alaisena;

Laadukkaisiin yksikidenäytteisiin perustuen tiimi ja yhteistyökumppanit käyttivät timanttialasintekniikkaa löytääkseen La4Ni3O10-paineen aiheuttaman suprajohtavan nollaresistanssiilmiön 69 GPa:n paineessa suprajohtavuuden kriittinen lämpötila saavuttaa 30 K. Diamagneettisten tietojen perusteella on arvioitu, että tämän yksikidenäytteen suprajohtava tilavuusosuus on jopa 86 %, mikä vahvistaa nikkelioksidin bulkkisuprajohtavat ominaisuudet.

La4Ni3O10-δ-yksikidenäytteen resistanssin ja magneettisen susceptibiliteettimittaustulokset

Toisin kuin äärettömässä ja kaksikerroksisissa nikkelioksideissa, joissa NiO2-pinnoilla on sama kemiallinen ympäristö, kolmikerroksisen rakenteen muodostama ainutlaatuinen sandwich-rakenne mahdollistaa NiO2-pintojen ulko- ja keskikerroksen erilaisen kemiallisen ympäristön, mikä mahdollistaa sisä- ja ulkokerrokset NiO2-pintaan muodostuu erilaisia ​​magneettisia rakenteita, elektronien korrelaatiovoimakkuuksia, varauskonsentraatioita ja jopa suprajohtavan pariutumisen voimakkuutta, mikä tarjoaa enemmän mahdollisuuksia suprajohtavuuden säätelyyn myös tässä rakenteessaTarjoaa ainutlaatuisen alustan kerrosten välisen kytkennän ja varauksensiirron roolin ymmärtämiseen korkean lämpötilan suprajohtavuuden muodostumisessa。

Lisäksi kolmikerroksisella nikkelioksidilla on vahvempi antiferromagneettinen järjestys kuin äärettömän kerroksen ja kaksikerroksisissa järjestelmissä, mikä tarjoaa hyvän pohjan spin-korrelaation ja spin-vaihteluiden välisen suhteen sekä nikkelioksidin korkean lämpötilan suprajohtamismekanismin ymmärtämiselle. Mahdollisuuksilla ja spinvaihteluilla uskotaan yleisesti olevan keskeinen rooli kupraattisuprajohtavien pariliitoksissa.

Tämän tutkimuksen tulokset kuvaavat myös hienovaraisesti paineen alaisen La4Ni3O10-järjestelmän suprajohtavan vaihekaavion, joka selventää varaustiheysaaltojen/spintiheysaaltojen, suprajohtavuuden, eksoottisten metallien käyttäytymisen ja kiderakenteen faasisiirtymien välistä suhdetta vaihekaaviossa. Tulokset osoittavat, että nikkelioksidin suprajohtavuudella voi olla erilainen kerrosten välinen kytkentämekanismi kuin kupraattisuprajohtavuudella, mikä antaa tärkeitä näkemyksiä nikkelioksidin suprajohtavuuden sähköisen mekanismin tutkimuksesta ja tarjoaa perustan spin-varausjärjestyksen ja tasaisen nauharakenteen tutkimiselle. kerrosten väliset korrelaatiot, eksoottiset metallikäyttäytymiset ja korkean lämpötilan suprajohtavuus tarjoavat tärkeän materiaalialustan.

La4Ni3O10-δ:n vaihekaavio paineen alaisena

Seuraavassa vaiheessa Zhao Junin tiimi keskittyy edelleen suuriin ongelmiin korkean lämpötilan suprajohtavuuden alalla, tutkii korkean lämpötilan suprajohteiden luontaisia ​​yhteyksiä ja mekanismeja eri järjestelmissä sekä ymmärtää ja löytää tehokkaampia korkean lämpötilan suprajohteita. .

Fudanin yliopiston professori Zhao Jun, Kiinan tiedeakatemian fysiikan instituutin tutkija Guo Jiangang ja Beijing High Voltage Science Research Centerin tutkija Zeng Qiaoshi ovat paperin kirjoittajia. Zhu Yinghao, tutkijatohtori Fudanin yliopiston fysiikan laitoksella, Peng Di, tohtoriopiskelija Pekingin High Voltage Science Research Centerissä, Zhang Enkang Fudanin yliopiston fysiikan laitokselta, apulaisprofessori Pan Bingying Ocean University of Chinasta , ja insinööri Chen Xu Kiinan tiedeakatemian fysiikan instituutista ovat ensimmäisiä kirjoittajia. Tutkimusta tukivat Kansallinen tiede- ja teknologiasäätiö, tiede- ja teknologiaministeriö, Shanghain tiede- ja teknologiakomissio, Beijing Natural Science Foundation ja Shandongin luonnontieteellinen säätiö. Osa tämän tutkimuksen tiedoista kerättiin suurilta tieteellisiltä alustoilta, kuten Kiinan tiedeakatemian Comprehensive Extreme Conditions Experimental Facility, Oak Ridge National Laboratory Yhdysvalloissa ja Shanghai Synchrotron Radiation Source.

Artikkelin linkki

https://www.nature.com/articles/s41586-024-07553-3

kokoelma

Koulun mediakeskus

Sana

Yin Menghao Ding Chaoyi

kuva

Kuvan on haastateltava

Vastaava toimittaja

Yin Menghao

Qiu Jiexin

▼Jos haluat lisää Fudan-uutisia, kiinnitä huomiota Fudanin yliopiston viralliselle verkkosivustolle.