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초전도체는 엄청난 응용 가능성으로 인해 많은 관심을 받고 있으며, 새로운 고온 초전도체를 찾는 것은 과학계의 부지런한 목표입니다.

베이징 시간으로 7월 17일 저녁, 푸단대 물리학과 자오쥔 교수팀의 연구 결과가 네이처 최신호에 '가압 삼중층 La4Ni3O10-δ 단결정의 초전도성'이라는 제목으로 게재됐다.

연구 결과의 스크린샷 이 기사의 모든 사진은 푸단대학교에서 제공되었습니다.

Zhao Jun 교수팀은 고압 광학 부동 영역 기술을 사용하여 3층 니켈 산화물 La4Ni3O10 고품질 단결정 샘플을 성공적으로 성장시켰으며, 초전도 부피 분율이 86%에 도달하여 니켈 산화물의 압력 유도 벌크 초전도성을 확인했습니다. 또 다른 새로운 형태의 고온초전도체가 발견됐다는 뜻이다. 이 연구는 또한 이러한 유형의 재료가 이국적인 금속과 독특한 층간 결합 거동을 나타내어 사람들이 고온 초전도 메커니즘을 이해할 수 있는 새로운 관점과 플랫폼을 제공한다는 것을 발견했습니다.

자오쥔(앞줄 왼쪽에서 세 번째) 연구진의 단체사진

초전도체는 저항이 0이고 특정 전이 온도에서 완전히 반자성을 띠는 물질을 말하며, 전력 전송 및 에너지 저장, 의료 영상, 자기 부상 열차, 양자 컴퓨팅 등의 분야에서 널리 사용될 수 있습니다. 응용 프로그램. 수년에 걸쳐 전 세계의 과학자들은 고온 초전도 현상에 대해 다양한 형태의 심층 연구를 수행해 왔지만 거의 40년 동안의 노력에도 불구하고 그 형성 메커니즘은 여전히 ​​풀리지 않은 미스터리입니다.

고온초전도체 연구에서 중요한 주제는 새로운 고온초전도체를 찾는 것이다. 한편으로 사람들은 새로운 관점에서 고온 초전도 메커니즘을 이해하기 위한 단서를 찾고자 하는 반면, 새로운 재료 시스템은 새로운 응용 가능성을 제공할 수도 있습니다.

이번에 네이처(Nature)가 발표한 연구 결과에서 조쥔(Zhao Jun) 연구팀은 고품질의 3층 니켈 산화물 La4Ni3O10 단결정 샘플을 합성하는데 성공했다. 이 샘플은 초전도 임계 온도인 나노 효과 이하에서 저항이 0이고 완전한 반자성 마이스(Meiss)를 나타냈다. 분율은 86%에 달하며 이는 산화니켈의 벌크 초전도 특성을 강력하게 입증합니다.

Zhao Jun은 "이 초전도 부피 비율은 구리산염 고온 초전도체의 부피 비율에 가깝습니다. 이는 의심할 여지 없이 산화니켈의 대량 초전도성을 확인시켜 줍니다."라고 말했습니다.

조준(Zhao Jun)은 캘리포니아대학교 버클리캠퍼스에서 박사후 과정을 마친 후 2012년 푸단대학교 물리학과에 부임했으며, 주로 고온초전도체, 양자자기재료 등 관련 전자 시스템에 대한 중성자 산란 연구를 담당하고 있다. 또한 대규모 고품질 단결정의 성장과 열역학적 특성 및 수송 특성의 측정에도 참여하고 있습니다.

"고온 초전도 연구의 획기적인 발전은 주로 실험, 특히 새로운 초전도체의 발견에 의해 주도됩니다. 지금까지 기존 이론으로 완전히 설명할 수 없는 현상이 많이 있습니다." Zhao Jun은 "산화니켈 단일의 성장 조건은 다음과 같습니다."라고 말했습니다. 결정 샘플은 매우 가혹합니다. 단결정 샘플의 안정적인 성장을 달성하려면 특정 높은 산소 압력 환경에서 고온과 날카로운 온도 구배를 유지해야 합니다. 상 형성을 위한 산소 압력 창이 작기 때문에 여러 개의 산화 니켈 층이 있습니다. 이는 공생 현상으로 성장 과정에서 꼭지점 산소 위치에 결함이 많이 생기기 쉬우며 이는 산화니켈의 초전도 함량이 낮은 이유일 수 있습니다.”

연구팀은 고압 광학 부동 영역 기술을 사용하여 많은 수의 샘플을 성장시키고 규칙을 지속적으로 검색하고 요약한 후 많은 실패 끝에 마침내 순수상 3층 La4Ni3O10 산화니켈 단결정 샘플을 합성하는 데 성공했습니다. 또한, 연구팀은 물질의 격자 구조와 산소 원자 좌표 및 함량을 정확하게 파악하기 위해 일련의 중성자 회절 및 X선 회절 측정을 실시한 결과, 정점 산소 결함이 거의 없음을 확인했습니다.

고품질 단결정 샘플을 기반으로 팀과 공동 연구자는 다이아몬드 모루 기술을 사용하여 La4Ni3O10 압력에 의해 유도된 초전도 제로 저항 현상을 발견했습니다. 69GPa의 압력에서 초전도 임계 온도는 30K에 도달합니다. 반자성 데이터를 기반으로 이 단결정 샘플의 초전도 부피 분율이 86%에 달하는 것으로 추정되어 산화니켈의 벌크 초전도 특성을 확인합니다.

이 연구의 결과는 또한 압력 하에서 La4Ni3O10 시스템의 초전도 상태 다이어그램을 섬세하게 묘사하여 상태 다이어그램에서 전하 밀도파/스핀 밀도파, 초전도성, 이국적인 금속 거동 및 결정 구조 상전이 간의 관계를 명확히 합니다. 결과는 니켈 산화물 초전도성이 큐레이트 초전도성과 다른 층간 결합 메커니즘을 가질 수 있음을 보여 주며, 이는 니켈 산화물 초전도성의 전기 메커니즘 연구에 대한 중요한 통찰력을 제공하고 스핀 순서-전하 순서 및 플랫 밴드 구조를 탐색하기 위한 기초를 제공합니다. 층간 상관 관계, 이국적인 금속 거동 및 고온 초전도성은 중요한 재료 플랫폼을 제공합니다.

다음 단계에서 Zhao Jun 팀은 계속해서 고온 초전도 분야의 주요 문제에 집중하고, 다양한 시스템에서 고온 초전도체의 본질적인 연결과 메커니즘을 탐구하며, 고성능 고온 초전도체를 이해하고 발견할 것입니다. .

푸단대학교 Zhao Jun 교수, 중국과학원 물리학연구소 연구원 Guo Jiangang, 베이징 고전압 과학연구센터 연구원 Zeng Qiaoshi가 논문의 공동 교신저자입니다. 푸단대학교 물리학과 박사후 연구원 Zhu Yinghao, 베이징 고전압 과학연구센터 박사과정 학생 Peng Di, 푸단대학교 물리학과 Zhang Enkang, 중국 해양대학교 Pan Bingying 부교수 , 중국 과학 아카데미 물리학 연구소의 엔지니어 Chen Xu가 공동 첫 번째 저자입니다.