berita

한어Русский языкEnglishFrançaisIndonesianSanskrit日本語DeutschPortuguêsΕλληνικάespañolItalianoSuomalainenLatina

Superkonduktor telah menarik banyak perhatian karena potensi penerapannya yang besar

Mencari superkonduktor suhu tinggi baru

Ini adalah tujuan yang diperjuangkan oleh komunitas ilmiah

Nature baru saja merilis hasil terbaru dari Universitas Fudan

Superkonduktor suhu tinggi baru lainnya ditemukan!

Departemen Fisika, Universitas Fudan

Tim Profesor Zhao Jun

Berhasil dikembangkan menggunakan teknologi zona mengambang optik bertekanan tinggi

Tiga lapisan oksida nikel La4Ni3O10

Sampel kristal tunggal berkualitas tinggi

terbuktiNikel oksida diinduksi oleh tekanan

superkonduktivitas massal

(superkonduktivitas massal)

Fraksi volume superkonduktornya mencapai 86%

Studi ini juga menemukan bahwa jenis material ini dipamerkan

Logam eksotis dan perilaku kopling antarlapis yang unik

Untuk membantu orang memahami mekanisme superkonduktivitas suhu tinggi

Memberikan perspektif dan platform baru

Pada malam tanggal 17 Juli waktu Beijing, hasil penelitian tersebut dipublikasikan di Nature edisi terbaru dengan judul "Superkonduktivitas dalam kristal tunggal La4Ni3O10-δ trilayer bertekanan". Pada saat yang sama, Nature merekomendasikan dan memperkenalkan sorotan artikel ini di kolom "Berita&Tampilan" dengan judul "Pencarian superkonduktivitas meluas".

Foto bersama anggota tim peneliti Zhao Jun (ketiga dari kiri di barisan depan).

Bisakah nikel oksida menjadi superkonduktor massal?

Teka-teki fisika punya jawabannya

Superkonduktor mengacu pada bahan yang memiliki resistansi nol dan sepenuhnya diamagnetik pada suhu transisi tertentu. Bahan ini dapat digunakan secara luas di berbagai bidang seperti transmisi daya dan penyimpanan energi, pencitraan medis, kereta maglev, dan komputasi kuantum aplikasi.nilai. Sejauh ini, 10 ilmuwan telah memenangkan Hadiah Nobel atas penelitian mereka tentang superkonduktivitas.

Pada tahun 1911, fisikawan Belanda Heike Kamerlingh Onnes pertama kali menemukan superkonduktivitas dalam merkuri (Hg) ketika ia mendinginkan merkuri hingga sekitar 4 K ("K" adalah singkatan dari termodinamika. Jika satuan suhunya adalah "Kelvin" (4 K=-269.15℃), maka resistensi merkuri tiba-tiba menghilang dan menjadi nol. Sejak lama, para ilmuwan percaya bahwa hanya logam konvensional dan paduan sederhana seperti merkuri, timbal, dan aluminium yang dapat menunjukkan superkonduktivitas pada suhu yang sangat rendah.

Baru pada tahun 1986 Johannes Georg Bednorz dan Karl Alexander Müller menemukan superkonduktivitas suhu tinggi dalam fenomena lantanum barium tembaga oksida (La-Ba-Cu-O), suhu kritisnya bisa mencapai 30 K. Belakangan, para ilmuwan dari banyak negara, termasuk ilmuwan Tiongkok, menaikkan suhu kritis superkonduktor ke kisaran suhu nitrogen cair (77 K) hingga melebihi 130 K.

Penemuan superkonduktivitas suhu tinggi mematahkan pemahaman orang bahwa superkonduktivitas hanya dapat terjadi pada suhu yang sangat rendah.Selama bertahun-tahun, para ilmuwan dari seluruh dunia telah melakukan berbagai bentuk penelitian mendalam terhadap fenomena superkonduktivitas suhu tinggi, namun setelah hampir empat dekade melakukan upaya, mekanisme pembentukannya masih menjadi misteri yang belum terpecahkan.

Topik penting dalam studi superkonduktivitas suhu tinggi adalah pencarian superkonduktor suhu tinggi baru. Di satu sisi, orang berharap menemukan petunjuk untuk memahami mekanisme superkonduktivitas suhu tinggi dari perspektif baru. Di sisi lain, sistem material baru juga dapat memberikan prospek penerapan baru.

Nikel berada di urutan kedua setelah tembaga dalam tabel periodik, dan nikel oksida dianggap sebagai salah satu kandidat material penting untuk mencapai superkonduktivitas suhu tinggi.Namun setelah melakukan penelitian selama beberapa dekade, ditemukan bahwa kondisi untuk mencapai superkonduktivitas dalam oksida nikel sangat menuntut.

Pada tahun 2019, sistem Nd0.8Sr0.2NiO2 dengan lapisan permukaan NiO2 yang tak terbatas dilaporkan memiliki superkonduktivitas, dengan suhu transisi sekitar 5-15 K. Namun, superkonduktivitas sistem jenis ini hanya dapat terjadi pada sampel film tipis, dan material curah tidak dapat mencapai superkonduktivitas.

Pada tahun 2023, ilmuwan Tiongkok menemukan superkonduktivitas suhu tinggi yang diinduksi tekanan dalam oksida nikel La3Ni2O7 dengan struktur permukaan NiO2 lapisan ganda. Suhu kritis superkonduktor mencapai 80 K, yang selanjutnya meningkatkan suhu transisi superkonduktor oksida nikel ke zona suhu nitrogen cair. . Namun, bahan ini memiliki fraksi volume superkonduktor yang rendah, mudah menunjukkan superkonduktivitas filamen, dan sulit membentuk superkonduktivitas massal. Oleh karena itu, sangat penting untuk menemukan sistem superkonduktor baru, meningkatkan fraksi volume superkonduktor, dan mencapai superkonduktivitas massal.

Dalam hasil penelitian yang dirilis oleh Nature kali ini, tim Zhao Jun berhasil mensintesis sampel kristal tunggal nikel oksida La4Ni3O10 tiga lapis berkualitas tinggi. Sampel tersebut menunjukkan resistansi nol dan Meiss sepenuhnya diamagnetik di bawah suhu kritis superkonduktor, volume superkonduktor fraksi mencapai 86%, yang membuktikan dengan kuat sifat superkonduktor massal nikel oksida.

"Fraksi volume superkonduktor ini mendekati superkonduktor suhu tinggi cuprate, yang tidak diragukan lagi menegaskan superkonduktivitas massal oksida nikel."

Memberikan perspektif dan platform baru untuk penelitian superkonduktor

Berkomitmen untuk menemukan superkonduktor suhu tinggi berkinerja lebih tinggi

Zhao Jun datang ke Departemen Fisika Universitas Fudan pada tahun 2012 setelah menyelesaikan pekerjaan pascadoktoralnya di Universitas California, Berkeley. Penelitiannya berfokus pada penelitian hamburan neutron pada sistem elektronik terkait seperti superkonduktor suhu tinggi dan material magnetik kuantum juga terlibat dalam kristal tunggal berskala besar dan berkualitas tinggi. Pertumbuhan sampel dan pengukuran sifat termodinamika dan transportasinya.

“Terobosan dalam penelitian superkonduktivitas suhu tinggi sebagian besar didorong oleh eksperimen, terutama penemuan superkonduktor baru. Sejauh ini, banyak fenomena yang tidak dapat sepenuhnya dijelaskan oleh teori yang ada.” Zhao Jun berkata, “Kondisi pertumbuhan oksida nikel tunggal sampel kristal sangat keras, maka perlu untuk mempertahankan suhu tinggi dan gradien suhu yang tajam dalam lingkungan tekanan oksigen tinggi tertentu untuk mencapai pertumbuhan sampel kristal tunggal yang stabil Karena jendela tekanan oksigen untuk pembentukan fase kecil, lapisan oksida nikel dengan banyak komponen cenderung muncul. Ini adalah fenomena simbiosis, dan mudah untuk memiliki sejumlah besar cacat pada posisi oksigen puncak selama proses pertumbuhan, yang mungkin menjadi alasan rendahnya kandungan superkonduktor oksida nikel.”

timMemanfaatkan teknologi floating zone optik bertekanan tinggi Sejumlah besar sampel ditanam, dan aturan terus-menerus dicari dan diringkas. Setelah banyak kegagalan, sampel kristal tunggal nikel oksida La4Ni3O10 fase tiga lapis akhirnya berhasil disintesis. Selanjutnya, tim melakukan serangkaian pengukuran difraksi neutron dan difraksi sinar-X,Struktur kisi, koordinat atom oksigen, dan kandungan material diukur secara akurat, dan ditemukan hampir tidak ada cacat oksigen titik.。

(a) Foto sampel kristal tunggal La4Ni3O10-δ; (b) Data difraksi kristal tunggal neutron dan sinar-X; (c) Evolusi struktur kisi di bawah tekanan

Berdasarkan sampel kristal tunggal berkualitas tinggi, tim dan kolaborator menggunakan teknologi landasan berlian untuk menemukan fenomena resistansi nol yang diinduksi tekanan pada superkonduktor di La4Ni3O10. Di bawah tekanan 69 GPa, suhu kritis superkonduktor mencapai 30 K. Diperkirakan berdasarkan data diamagnetik bahwa fraksi volume superkonduktor dari sampel kristal tunggal ini mencapai 86%, yang menegaskan sifat superkonduktor massal oksida nikel.

Hasil pengukuran resistansi dan kerentanan magnet sampel kristal tunggal La4Ni3O10-δ

Berbeda dengan oksida nikel lapisan tak terbatas dan lapisan ganda, di mana permukaan NiO2 memiliki lingkungan kimia yang sama, struktur sandwich unik yang dibentuk oleh struktur tiga lapisan memungkinkan lapisan luar dan tengah permukaan NiO2 memiliki lingkungan kimia yang berbeda, sehingga memungkinkan lapisan dalam dan luar memiliki lingkungan kimia yang berbeda. Struktur magnet yang berbeda, kekuatan korelasi elektron, konsentrasi muatan, dan bahkan kekuatan pasangan superkonduktor dihasilkan di permukaan NiO2, yang juga memberikan lebih banyak kemungkinan untuk pengaturan superkonduktivitasMemberikan platform unik untuk memahami peran kopling antar lapisan dan transfer muatan dalam pembentukan superkonduktivitas suhu tinggi。

Selain itu, oksida nikel tiga lapis memiliki tatanan antiferromagnetik yang lebih kuat daripada sistem lapisan tak terbatas dan lapisan ganda, yang memberikan dasar yang baik untuk memahami hubungan antara korelasi putaran dan fluktuasi putaran serta mekanisme superkonduktor suhu tinggi oksida nikel. Peluang, dan fluktuasi putaran diyakini secara luas memainkan peran penting dalam pemasangan superkonduktor cuprate.

Hasil penelitian ini juga secara halus menggambarkan diagram fase superkonduktor sistem La4Ni3O10 di bawah tekanan, memperjelas hubungan antara gelombang kerapatan muatan/gelombang kerapatan putaran, superkonduktivitas, perilaku logam eksotik, dan transisi fase struktur kristal dalam diagram fase. Hasilnya menunjukkan bahwa superkonduktivitas nikel oksida mungkin memiliki mekanisme kopling antarlapisan yang berbeda dari superkonduktivitas cuprate, yang memberikan wawasan penting dalam studi mekanisme listrik superkonduktivitas nikel oksida dan memberikan dasar untuk mengeksplorasi urutan muatan-putaran dan struktur pita datar. korelasi antar lapisan, perilaku logam eksotik, dan superkonduktivitas suhu tinggi memberikan platform material yang penting.

Diagram fase La4Ni3O10-δ di bawah tekanan

Pada langkah berikutnya, tim Zhao Jun akan terus fokus pada isu-isu utama di bidang superkonduktivitas suhu tinggi, mengeksplorasi hubungan intrinsik dan mekanisme superkonduktor suhu tinggi dalam sistem yang berbeda, serta memahami dan menemukan superkonduktor suhu tinggi berkinerja lebih tinggi .

Zhao Jun, seorang profesor di Universitas Fudan, Guo Jiangang, seorang peneliti di Institut Fisika, Akademi Ilmu Pengetahuan Tiongkok, dan Zeng Qiaoshi, seorang peneliti di Pusat Penelitian Sains Tegangan Tinggi Beijing, adalah penulis makalah ini. Zhu Yinghao, rekan postdoctoral di Departemen Fisika di Universitas Fudan, Peng Di, seorang mahasiswa doktoral di Pusat Penelitian Sains Tegangan Tinggi Beijing, Zhang Enkang dari Departemen Fisika di Universitas Fudan, Associate Professor Pan Bingying dari Ocean University of China , dan Insinyur Chen Xu dari Institut Fisika, Akademi Ilmu Pengetahuan Tiongkok, adalah penulis pendamping pertama. Penelitian ini didukung oleh Yayasan Sains dan Teknologi Nasional, Kementerian Sains dan Teknologi, Komisi Sains dan Teknologi Shanghai, Yayasan Ilmu Pengetahuan Alam Beijing, dan Yayasan Ilmu Pengetahuan Alam Shandong. Sebagian data untuk penelitian ini dikumpulkan di platform ilmiah besar seperti Fasilitas Eksperimental Kondisi Ekstrim Komprehensif dari Akademi Ilmu Pengetahuan China, Laboratorium Nasional Oak Ridge di Amerika Serikat, dan Sumber Radiasi Sinkronisasi Shanghai.

Tautan artikel

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

kompilasi

Pusat Media Sekolah

Kata

Yin Menghao Ding Chaoyi

gambar

Foto disediakan oleh orang yang diwawancarai

Editor yang bertanggung jawab

Yin Menghao

Qiu Jiexin

▼Untuk berita Fudan selengkapnya, harap perhatikan situs resmi Universitas Fudan.