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Les supraconducteurs ont attiré beaucoup d’attention en raison de leur énorme potentiel d’application, et la découverte de nouveaux supraconducteurs à haute température est un objectif assidu de la communauté scientifique.

Dans la soirée du 17 juillet, heure de Pékin, les résultats des recherches de l'équipe du professeur Zhao Jun du département de physique de l'université de Fudan ont été publiés dans le dernier numéro de Nature sous le titre « Supraconductivité dans les monocristaux tricouches pressurisés La4Ni3O10-δ ».

Captures d'écran des résultats de la recherche. Toutes les images de cet article sont fournies par l'Université de Fudan.

L'équipe du professeur Zhao Jun a utilisé la technologie de zone flottante optique à haute pression pour développer avec succès un échantillon monocristallin de haute qualité à trois couches d'oxyde de nickel La4Ni3O10, confirmant que l'oxyde de nickel a une supraconductivité globale induite par la pression et que sa fraction volumique supraconductrice atteint 86 %. ce qui signifie qu'un autre nouveau type de supraconducteur à haute température a été découvert. L’étude a également révélé que ce type de matériau présente des métaux exotiques et un comportement de couplage intercouche unique, offrant ainsi une nouvelle perspective et une nouvelle plate-forme permettant aux utilisateurs de comprendre le mécanisme de la supraconductivité à haute température.

Photo de groupe des membres de l'équipe de recherche de Zhao Jun (troisième en partant de la gauche, au premier rang)

Les supraconducteurs font référence à des matériaux qui ont une résistance nulle et sont complètement diamagnétiques sous une température de transition spécifique. Ils peuvent être largement utilisés dans des domaines tels que la transmission de puissance et le stockage d'énergie, l'imagerie médicale, les trains maglev et l'informatique quantique. valeur. Au fil des années, des scientifiques du monde entier ont mené diverses recherches approfondies sur le phénomène de supraconductivité à haute température. Cependant, après près de quatre décennies d’efforts, son mécanisme de formation reste un mystère non résolu.

Un sujet important dans l’étude de la supraconductivité à haute température est la recherche de nouveaux supraconducteurs à haute température. D’une part, on espère trouver des indices permettant de comprendre le mécanisme de la supraconductivité à haute température sous un nouvel angle. D’autre part, de nouveaux systèmes de matériaux pourraient également offrir de nouvelles perspectives d’application.

Dans les résultats de recherche publiés cette fois par Nature, l'équipe de Zhao Jun a synthétisé avec succès un échantillon monocristallin d'oxyde de nickel à trois couches de haute qualité La4Ni3O10. L'échantillon présentait une résistance nulle et un Meiss complètement diamagnétique en dessous de la température critique supraconductrice, le volume supraconducteur. La fraction atteint 86%, ce qui prouve fortement les propriétés supraconductrices globales de l'oxyde de nickel.

"Cette fraction volumique supraconductrice est proche de celle des supraconducteurs cuprates à haute température, ce qui confirme sans aucun doute la supraconductivité globale de l'oxyde de nickel", a déclaré Zhao Jun.

Zhao Jun est arrivé au département de physique de l'Université de Fudan en 2012 après avoir terminé ses travaux postdoctoraux à l'Université de Californie à Berkeley. Ses recherches portent sur la diffusion des neutrons sur les systèmes électroniques connexes tels que les supraconducteurs à haute température et les matériaux magnétiques quantiques. également engagé dans la croissance de monocristaux à grande échelle et de haute qualité et la mesure de leurs propriétés thermodynamiques et de transport.

"Les avancées dans la recherche sur la supraconductivité à haute température sont principalement motivées par des expériences, en particulier la découverte de nouveaux supraconducteurs. Jusqu'à présent, de nombreux phénomènes ne peuvent pas être entièrement expliqués par les théories existantes. Zhao Jun a déclaré: "Les conditions de croissance de l'oxyde de nickel unique." les échantillons de cristaux sont très durs, il est nécessaire de maintenir une température élevée et un gradient de température élevé dans un environnement spécifique à haute pression d'oxygène pour obtenir une croissance stable des échantillons monocristallins. Étant donné que la fenêtre de pression d'oxygène pour la formation de phases est petite, les couches d'oxyde de nickel sont multiples. Les composants sont susceptibles d'apparaître. Il s'agit d'un phénomène symbiotique et il est facile d'avoir un grand nombre de défauts aux positions du sommet de l'oxygène pendant le processus de croissance, ce qui peut être la raison de la faible teneur supraconductrice en oxyde de nickel.

L'équipe a utilisé la technologie de zone flottante optique à haute pression pour développer un grand nombre d'échantillons et a constamment recherché et résumé les règles. Après de nombreux échecs, ils ont finalement réussi à synthétiser un échantillon monocristallin d'oxyde de nickel La4Ni3O10 à trois couches en phase pure. En outre, l’équipe a effectué une série de mesures de diffraction des neutrons et de diffraction des rayons X pour déterminer avec précision la structure du réseau ainsi que les coordonnées atomiques de l’oxygène et la teneur du matériau, et a constaté qu’il n’y avait presque aucun défaut d’oxygène au sommet.

Sur la base d’échantillons monocristaux de haute qualité, l’équipe et les collaborateurs ont utilisé la technologie des enclumes de diamant pour découvrir le phénomène supraconducteur de résistance nulle induit par la pression du La4Ni3O10. Sous une pression de 69 GPa, la température critique supraconductrice atteint 30K. On estime, sur la base de données diamagnétiques, que la fraction volumique supraconductrice de cet échantillon monocristallin atteint 86 %, confirmant les propriétés supraconductrices globales de l'oxyde de nickel.

Les résultats de cette recherche décrivent également délicatement le diagramme de phase supraconducteur du système La4Ni3O10 sous pression, clarifiant la relation entre les ondes de densité de charge/ondes de densité de spin, la supraconductivité, le comportement des métaux exotiques et les transitions de phase de la structure cristalline dans le diagramme de phase. Les résultats montrent que la supraconductivité de l'oxyde de nickel peut avoir un mécanisme de couplage intercouche différent de la supraconductivité du cuprate, ce qui fournit des informations importantes sur la recherche sur le mécanisme électrique de la supraconductivité de l'oxyde de nickel et fournit une base pour l'exploration de l'ordre de rotation-charge et de la structure de bande plate. les corrélations intercouches, les interactions complexes entre les comportements métalliques exotiques et la supraconductivité à haute température constituent une plate-forme importante pour les matériaux.

Dans la prochaine étape, l'équipe de Zhao Jun continuera à se concentrer sur les questions majeures dans le domaine de la supraconductivité à haute température, à explorer les connexions et les mécanismes intrinsèques des supraconducteurs à haute température dans différents systèmes, et à comprendre et découvrir des supraconducteurs à haute température plus performants. .

Zhao Jun, professeur à l'Université de Fudan, Guo Jiangang, chercheur à l'Institut de physique de l'Académie chinoise des sciences, et Zeng Qiaoshi, chercheur au Centre de recherche scientifique sur les hautes tensions de Pékin, sont les co-auteurs correspondants de l'article. Zhu Yinghao, chercheur postdoctoral au Département de physique de l'Université de Fudan, Peng Di, doctorant au Centre de recherche scientifique sur les hautes tensions de Pékin, Zhang Enkang du Département de physique de l'Université de Fudan, le professeur agrégé Pan Bingying de l'Université océanique de La Chine et l'ingénieur Chen Xu de l'Institut de physique de l'Académie chinoise des sciences sont les co-premiers auteurs.