Νέα

한어Русский языкEnglishFrançaisIndonesianSanskrit日本語DeutschPortuguêsΕλληνικάespañolItalianoSuomalainenLatina

Οι υπεραγωγοί έχουν προσελκύσει μεγάλη προσοχή λόγω των τεράστιων δυνατοτήτων εφαρμογής τους

Αναζήτηση νέων υπεραγωγών υψηλής θερμοκρασίας

Είναι ο στόχος που επιδιώκει η επιστημονική κοινότητα

Το Nature μόλις δημοσίευσε τα τελευταία αποτελέσματα από το Πανεπιστήμιο Fudan

Ανακαλύφθηκε ακόμη ένας νέος υπεραγωγός υψηλής θερμοκρασίας!

Τμήμα Φυσικής, Πανεπιστήμιο Fudan

Η ομάδα του καθηγητή Zhao Jun

Αναπτύχθηκε με επιτυχία χρησιμοποιώντας τεχνολογία οπτικής πλωτής ζώνης υψηλής πίεσης

Τρεις στρώσεις οξειδίου του νικελίου La4Ni3O10

Δείγματα μονοκρυστάλλων υψηλής ποιότητας

αποδείχθηκανΤα οξείδια του νικελίου προκαλούν πίεση

χύδην υπεραγωγιμότητα

(υπεραγωγιμότητα χύμα)

Το υπεραγώγιμο κλάσμα όγκου του φτάνει το 86%

Η μελέτη διαπίστωσε επίσης ότι αυτό το είδος υλικού εκθέτει

Εξωτικά μέταλλα και μοναδική συμπεριφορά σύζευξης ενδιάμεσων στρωμάτων

Για να βοηθήσουμε τους ανθρώπους να κατανοήσουν τον μηχανισμό της υπεραγωγιμότητας σε υψηλή θερμοκρασία

Παρέχει νέες προοπτικές και πλατφόρμες

Το βράδυ της 17ης Ιουλίου, ώρα Πεκίνου, τα αποτελέσματα της έρευνας δημοσιεύτηκαν στο τελευταίο τεύχος του Nature με τίτλο «Υπεραγωγιμότητα σε μονοκρυστάλλους τριών στιβάδων υπό πίεση La4Ni3O10-δ». Ταυτόχρονα, η Nature συνέστησε και εισήγαγε τα κυριότερα σημεία αυτού του άρθρου στη στήλη «News&Views» υπό τον τίτλο «Η αναζήτηση για υπεραγωγιμότητα διευρύνεται».

Ομαδική φωτογραφία των μελών της ερευνητικής ομάδας Zhao Jun (τρίτος από αριστερά στην πρώτη σειρά).

Μπορεί το οξείδιο του νικελίου να είναι χύμα υπεραγωγός;

Τα παζλ της φυσικής έχουν απαντήσεις

Οι υπεραγωγοί αναφέρονται σε υλικά που έχουν μηδενική αντίσταση και είναι εντελώς διαμαγνητικά σε μια συγκεκριμένη θερμοκρασία μετάβασης αξία εφαρμογών. Μέχρι στιγμής, 10 επιστήμονες έχουν κερδίσει το βραβείο Νόμπελ για την έρευνά τους στην υπεραγωγιμότητα.

Το 1911, ο Ολλανδός φυσικός Heike Kamerlingh Onnes ανακάλυψε για πρώτη φορά την υπεραγωγιμότητα στον υδράργυρο (Hg) όταν ψύξε τον υδράργυρο σε περίπου 4 K (το "K" σημαίνει θερμοδυναμική Όταν η μονάδα θερμοκρασίας είναι "Kelvin" (4 K=-269,15 ℃), η η αντίσταση του υδραργύρου ξαφνικά εξαφανίζεται και γίνεται μηδενική. Για πολύ καιρό, οι επιστήμονες πίστευαν ότι μόνο τα συμβατικά μέταλλα και τα απλά κράματα όπως ο υδράργυρος, ο μόλυβδος και το αλουμίνιο θα μπορούσαν να επιδείξουν υπεραγωγιμότητα σε εξαιρετικά χαμηλές θερμοκρασίες.

Μόλις το 1986 ο Johannes Georg Bednorz και ο Karl Alexander Müller ανακάλυψαν την υπεραγωγιμότητα υψηλής θερμοκρασίας στο φαινόμενο του οξειδίου του χαλκού βαρίου λανθανίου (La-Ba-Cu-O), η κρίσιμη θερμοκρασία μπορεί να φτάσει τους 30 Κ. Αργότερα, επιστήμονες από πολλές χώρες, συμπεριλαμβανομένων Κινέζων επιστημόνων, αύξησαν την κρίσιμη θερμοκρασία του υπεραγώγιμου στο εύρος θερμοκρασίας υγρού αζώτου (77 K) μέχρι να ξεπεράσει τους 130 Κ.

Η ανακάλυψη της υπεραγωγιμότητας σε υψηλή θερμοκρασία έσπασε την κατανόηση των ανθρώπων ότι η υπεραγωγιμότητα μπορεί να υπάρξει μόνο σε εξαιρετικά χαμηλές θερμοκρασίες.Με τα χρόνια, επιστήμονες από όλο τον κόσμο έχουν διεξαγάγει διάφορες μορφές εις βάθος έρευνας για το φαινόμενο της υπεραγωγιμότητας υψηλής θερμοκρασίας, ωστόσο, μετά από σχεδόν τέσσερις δεκαετίες προσπαθειών, ο μηχανισμός σχηματισμού της εξακολουθεί να είναι ένα άλυτο μυστήριο.

Ένα σημαντικό θέμα στη μελέτη της υπεραγωγιμότητας υψηλής θερμοκρασίας είναι η αναζήτηση νέων υπεραγωγών υψηλής θερμοκρασίας. Από τη μια πλευρά, οι άνθρωποι ελπίζουν να βρουν ενδείξεις για να κατανοήσουν τον μηχανισμό της υπεραγωγιμότητας υψηλής θερμοκρασίας από μια νέα προοπτική, τα νέα συστήματα υλικών μπορεί επίσης να παρέχουν νέες προοπτικές εφαρμογής.

Το νικέλιο βρίσκεται δίπλα στον χαλκό στον περιοδικό πίνακα και το οξείδιο του νικελίου θεωρείται ένα από τα σημαντικά υποψήφια υλικά για την επίτευξη υπεραγωγιμότητας σε υψηλή θερμοκρασία.Όμως μετά από δεκαετίες έρευνας, ανακαλύφθηκε ότι οι συνθήκες για την επίτευξη υπεραγωγιμότητας στο οξείδιο του νικελίου είναι πολύ απαιτητικές.

Το 2019, το σύστημα Nd0.8Sr0.2NiO2 με άπειρα στρώματα επιφανειών NiO2 αναφέρθηκε ότι έχει υπεραγωγιμότητα, με θερμοκρασία μετάβασης περίπου 5-15 Κ. Ωστόσο, η υπεραγωγιμότητα αυτού του τύπου συστήματος μπορεί να υπάρχει μόνο σε δείγματα λεπτής μεμβράνης και τα χύδην υλικά δεν μπορούν να επιτύχουν υπεραγωγιμότητα.

Το 2023, Κινέζοι επιστήμονες ανακάλυψαν την επαγόμενη από την πίεση υπεραγωγιμότητα στο οξείδιο του νικελίου La3Ni2O7 με δομή επιφάνειας NiO2 διπλής στρώσης. . Ωστόσο, αυτό το υλικό έχει χαμηλό κλάσμα υπεραγώγιμου όγκου, εμφανίζει εύκολα νηματώδη υπεραγωγιμότητα και είναι δύσκολο να σχηματιστεί χύμα υπεραγωγιμότητα. Ως εκ τούτου, είναι σημαντικό να βρεθούν νέα υπεραγώγιμα συστήματα, να αυξηθεί το κλάσμα όγκου υπεραγώγιμου και να επιτευχθεί χύμα υπεραγωγιμότητα.

Στα αποτελέσματα της έρευνας που κυκλοφόρησε αυτή τη φορά, η ομάδα του Zhao Jun συνέθεσε με επιτυχία ένα δείγμα μονοκρυστάλλου τριών στρωμάτων οξειδίου του νικελίου La4Ni3O10 κλάσμα φτάνει το 86%, γεγονός που αποδεικνύει έντονα τις υπεραγώγιμες ιδιότητες του οξειδίου του νικελίου.

"Αυτό το υπεραγώγιμο κλάσμα όγκου είναι κοντά σε αυτό των υπεραγωγών υψηλής θερμοκρασίας από χαλκό, κάτι που αναμφίβολα επιβεβαιώνει τη μαζική υπεραγωγιμότητα του οξειδίου του νικελίου."

Παρέχετε μια νέα προοπτική και πλατφόρμα για την υπεραγώγιμη έρευνα

Δεσμευμένος στην ανακάλυψη υπεραγωγών υψηλής απόδοσης υψηλής θερμοκρασίας

Ο Zhao Jun ήρθε στο Τμήμα Φυσικής του Πανεπιστημίου Fudan το 2012 μετά την ολοκλήρωση της μεταδιδακτορικής του εργασίας στο Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνια, στο Μπέρκλεϋ Επίσης, ασχολείται με μεγάλης κλίμακας, υψηλής ποιότητας μονοκρυστάλλους Ανάπτυξη δειγμάτων και μέτρηση των θερμοδυναμικών ιδιοτήτων και των ιδιοτήτων μεταφοράς τους.

"Οι ανακαλύψεις στην έρευνα υπεραγωγιμότητας σε υψηλή θερμοκρασία οδηγούνται κυρίως από πειράματα, ειδικά την ανακάλυψη νέων υπεραγωγών. Μέχρι στιγμής, υπάρχουν πολλά φαινόμενα που δεν μπορούν να εξηγηθούν πλήρως από τις υπάρχουσες θεωρίες, "Οι συνθήκες ανάπτυξης του μονοξειδίου του νικελίου." Τα δείγματα κρυστάλλου είναι πολύ σκληρά, είναι απαραίτητο να διατηρηθεί η υψηλή θερμοκρασία και η απότομη κλίση θερμοκρασίας σε ένα συγκεκριμένο περιβάλλον υψηλής πίεσης οξυγόνου για να επιτευχθεί σταθερή ανάπτυξη δειγμάτων μεμονωμένων κρυστάλλων Συστατικά είναι επιρρεπή να εμφανιστούν Είναι ένα συμβιωτικό φαινόμενο και είναι εύκολο να έχουμε μεγάλο αριθμό ελαττωμάτων στις θέσεις οξυγόνου κορυφής κατά τη διάρκεια της διαδικασίας ανάπτυξης, κάτι που μπορεί να είναι ο λόγος για τη χαμηλή περιεκτικότητα σε υπεραγώγιμο οξείδιο του νικελίου.

ομάδαΧρησιμοποιώντας τεχνολογία οπτικής πλωτής ζώνης υψηλής πίεσης Μεγάλος αριθμός δειγμάτων αναπτύχθηκε και οι κανόνες αναζητούνταν και συνοψίζονταν συνεχώς. Μετά από πολλές αποτυχίες, συντέθηκε τελικά με επιτυχία ένα καθαρό δείγμα τριών στρωμάτων νικελίου La4Ni3O10. Επιπλέον, η ομάδα πραγματοποίησε μια σειρά μετρήσεων περίθλασης νετρονίων και περίθλασης ακτίνων Χ,Η δομή του πλέγματος, οι ατομικές συντεταγμένες οξυγόνου και η περιεκτικότητα του υλικού μετρήθηκαν με ακρίβεια και διαπιστώθηκε ότι δεν υπήρχαν σχεδόν καθόλου ελαττώματα οξυγόνου κορυφής.。

(α) Φωτογραφία του δείγματος μονοκρυστάλλου La4Ni3O10-δ

Με βάση δείγματα μονού κρυστάλλου υψηλής ποιότητας, η ομάδα και οι συνεργάτες χρησιμοποίησαν την τεχνολογία διαμαντιού άκμονα για να ανακαλύψουν το φαινόμενο υπεραγώγιμης μηδενικής αντίστασης που προκαλείται από την πίεση La4Ni3O10 Υπό πίεση 69 GPa, η υπεραγώγιμη κρίσιμη θερμοκρασία φτάνει τους 30 Κ. Υπολογίζεται με βάση διαμαγνητικά δεδομένα ότι το υπεραγώγιμο κλάσμα όγκου αυτού του μονοκρυσταλλικού δείγματος είναι τόσο υψηλό όσο 86%, επιβεβαιώνοντας τις χύμα υπεραγώγιμες ιδιότητες του οξειδίου του νικελίου.

Αποτελέσματα μέτρησης αντίστασης και μαγνητικής επιδεκτικότητας δείγματος μονού κρυστάλλου La4Ni3O10-δ

Σε αντίθεση με το άπειρο στρώμα και το οξείδιο του νικελίου διπλής στρώσης, όπου οι επιφάνειες NiO2 έχουν το ίδιο χημικό περιβάλλον, η μοναδική δομή σάντουιτς που σχηματίζεται από τη δομή τριών στρωμάτων επιτρέπει στα εξωτερικά και μεσαία στρώματα των επιφανειών NiO2 να έχουν διαφορετικά χημικά περιβάλλοντα, επιτρέποντας έτσι την Τα εσωτερικά και τα εξωτερικά στρώματα να έχουν διαφορετικά χημικά περιβάλλοντα Στην επιφάνεια του NiO2 παράγονται διαφορετικές μαγνητικές δομές, ισχύς συσχέτισης ηλεκτρονίων, συγκεντρώσεις φορτίου, ακόμη και η ισχύς του υπεραγώγιμου ζεύγουςΠαρέχει μια μοναδική πλατφόρμα για την κατανόηση του ρόλου της ενδιάμεσης σύζευξης και της μεταφοράς φορτίου στον σχηματισμό υπεραγωγιμότητας υψηλής θερμοκρασίας。

Επιπλέον, το τριών στρώσεων οξείδιο του νικελίου έχει ισχυρότερη αντισιδηρομαγνητική τάξη από τα συστήματα άπειρης στρώσης και διπλής στρώσης, γεγονός που παρέχει μια καλή βάση για την κατανόηση της σχέσης μεταξύ συσχέτισης σπιν και διακυμάνσεων σπιν και του υπεραγώγιμου μηχανισμού του οξειδίου του νικελίου σε υψηλή θερμοκρασία Οι ευκαιρίες και οι διακυμάνσεις του σπιν πιστεύεται ευρέως ότι παίζουν βασικό ρόλο στη σύζευξη υπεραγώγιμου χαλκού.

Τα αποτελέσματα αυτής της έρευνας απεικονίζουν επίσης με λεπτότητα το διάγραμμα υπεραγώγιμων φάσεων του συστήματος La4Ni3O10 υπό πίεση, διευκρινίζοντας τη σχέση μεταξύ κυμάτων πυκνότητας φορτίου/κύματος πυκνότητας σπιν, υπεραγωγιμότητας, συμπεριφοράς εξωτικών μετάλλων και μεταπτώσεων φάσης κρυσταλλικής δομής στο διάγραμμα φάσης. Τα αποτελέσματα δείχνουν ότι η υπεραγωγιμότητα του οξειδίου του νικελίου μπορεί να έχει διαφορετικό μηχανισμό σύζευξης από την υπεραγωγιμότητα χαλκού, ο οποίος παρέχει σημαντικές πληροφορίες για την έρευνα σχετικά με τον ηλεκτρικό μηχανισμό της υπεραγωγιμότητας οξειδίου του νικελίου και παρέχει μια βάση για τη διερεύνηση της σειράς φόρτισης περιστροφής και τη δομή επίπεδης ζώνης. Οι ενδιάμεσες συσχετίσεις, οι πολύπλοκες αλληλεπιδράσεις μεταξύ εξωτικών μεταλλικών συμπεριφορών και η υπεραγωγιμότητα υψηλής θερμοκρασίας παρέχουν μια σημαντική πλατφόρμα υλικών.

Διάγραμμα φάσεων La4Ni3O10-δ υπό πίεση

Στο επόμενο βήμα, η ομάδα του Zhao Jun θα συνεχίσει να επικεντρώνεται σε σημαντικά ζητήματα στον τομέα της υπεραγωγιμότητας υψηλής θερμοκρασίας, θα εξερευνήσει τις εγγενείς συνδέσεις και τους μηχανισμούς των υπεραγωγών υψηλής θερμοκρασίας σε διαφορετικά συστήματα και θα κατανοήσει και θα ανακαλύψει υπεραγωγούς υψηλής θερμοκρασίας .

Ο Zhao Jun, καθηγητής στο Πανεπιστήμιο Fudan, ο Guo Jiangang, ερευνητής στο Ινστιτούτο Φυσικής της Κινεζικής Ακαδημίας Επιστημών και ο Zeng Qiaoshi, ερευνητής στο Κέντρο Επιστημών Επιστήμης Υψηλής Τάσης του Πεκίνου, είναι οι συν-αντίστοιχοι συγγραφείς της εργασίας. Zhu Yinghao, μεταδιδακτορικός συνεργάτης στο Τμήμα Φυσικής στο Πανεπιστήμιο Fudan, Peng Di, διδακτορικός φοιτητής στο Beijing High Voltage Science Research Center, Zhang Enkang από το Τμήμα Φυσικής του Πανεπιστημίου Fudan, Αναπληρωτής Καθηγητής Pan Bingying από το Ocean University of Η Κίνα και ο μηχανικός Chen Xu από το Ινστιτούτο Φυσικής της Κινεζικής Ακαδημίας Επιστημών είναι οι πρώτοι συγγραφείς. Η έρευνα υποστηρίχθηκε από το Εθνικό Ίδρυμα Επιστήμης και Τεχνολογίας, το Υπουργείο Επιστήμης και Τεχνολογίας, την Επιτροπή Επιστήμης και Τεχνολογίας της Σαγκάης, το Ίδρυμα Φυσικών Επιστημών του Πεκίνου και το Ίδρυμα Φυσικών Επιστημών της Σαντόνγκ. Μέρος των δεδομένων για αυτήν τη μελέτη συλλέχθηκαν σε μεγάλες επιστημονικές πλατφόρμες όπως η Πειραματική Εγκατάσταση Συνολικών Ακραίων Συνθηκών της Κινεζικής Ακαδημίας Επιστημών, το Εθνικό Εργαστήριο Oak Ridge στις Ηνωμένες Πολιτείες και η Πηγή ακτινοβολίας Synchrotron της Σαγκάης.

Σύνδεσμος άρθρου

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

συλλογή

School Media Center

Λέξη

Yin Menghao Ding Chaoyi

εικόνα

Φωτογραφία που παρέχεται από τον συνεντευξιαζόμενο

Υπεύθυνος συντάκτης

Γιν Μενγκάο

Κιου Τζιεξίν

▼Για περισσότερες ειδήσεις για το Fudan, παρακαλούμε δώστε προσοχή στον επίσημο ιστότοπο του Πανεπιστημίου Fudan.