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Os supercondutores têm atraído muita atenção devido ao seu enorme potencial de aplicação, e encontrar novos supercondutores de alta temperatura é um objetivo diligente da comunidade científica.

Na noite de 17 de julho, horário de Pequim, os resultados da pesquisa da equipe do professor Zhao Jun do Departamento de Física da Universidade Fudan foram publicados na última edição da Nature sob o título “Supercondutividade em cristais únicos pressurizados de tricamada La4Ni3O10-δ”.

Capturas de tela dos resultados da pesquisa. Todas as imagens neste artigo são fornecidas pela Fudan University.

A equipe do professor Zhao Jun usou tecnologia de zona flutuante óptica de alta pressão para cultivar com sucesso uma amostra de cristal único de alta qualidade de óxido de níquel La4Ni3O10 de três camadas, confirmando a supercondutividade em massa induzida por pressão em óxido de níquel, com sua fração de volume supercondutor atingindo 86%, que significa que outro novo tipo de supercondutor de alta temperatura foi descoberto. O estudo também descobriu que este tipo de material exibe metais exóticos e um comportamento único de acoplamento entre camadas, fornecendo uma nova perspectiva e plataforma para as pessoas compreenderem o mecanismo da supercondutividade em alta temperatura.

Foto de grupo dos membros da equipe de pesquisa de Zhao Jun (terceiro a partir da esquerda na primeira fila)

Supercondutores referem-se a materiais que têm resistência zero e são completamente diamagnéticos sob uma temperatura de transição específica. Eles podem ser amplamente utilizados em áreas como transmissão de energia e armazenamento de energia, imagens médicas, trens maglev e computação quântica. valor das aplicações. Ao longo dos anos, cientistas de todo o mundo conduziram várias formas de investigação aprofundada sobre o fenómeno da supercondutividade a alta temperatura. No entanto, após quase quatro décadas de esforços, o seu mecanismo de formação ainda é um mistério não resolvido.

Um tópico importante no estudo da supercondutividade de alta temperatura é a busca por novos supercondutores de alta temperatura. Por um lado, as pessoas esperam encontrar pistas para compreender o mecanismo da supercondutividade de alta temperatura a partir de uma nova perspectiva. Por outro lado, novos sistemas de materiais também podem fornecer novas perspectivas de aplicação.

Nos resultados da pesquisa divulgados pela Nature desta vez, a equipe de Zhao Jun sintetizou com sucesso uma amostra de cristal único La4Ni3O10 de óxido de níquel de três camadas de alta qualidade. A amostra exibiu resistência zero e Meiss completamente diamagnético abaixo do efeito Nano supercondutor, o volume supercondutor. a fração atinge 86%, o que comprova fortemente as propriedades supercondutoras do óxido de níquel.

"Esta fração de volume supercondutora é próxima da dos supercondutores cuprato de alta temperatura, o que sem dúvida confirma a supercondutividade em massa do óxido de níquel."

Zhao Jun veio para o Departamento de Física da Universidade Fudan em 2012 após concluir seu trabalho de pós-doutorado na Universidade da Califórnia, Berkeley. Sua pesquisa se concentra na pesquisa de espalhamento de nêutrons em sistemas eletrônicos relacionados, como supercondutores de alta temperatura e materiais magnéticos quânticos. também se envolveu em cristais únicos de alta qualidade e em grande escala. Crescimento de amostras e medição de suas propriedades termodinâmicas e de transporte.

"Avanços na pesquisa de supercondutividade de alta temperatura são impulsionados principalmente por experimentos, especialmente a descoberta de novos supercondutores. Até agora, existem muitos fenômenos que não podem ser totalmente explicados pelas teorias existentes." amostras de cristal são muito duras, é necessário manter alta temperatura e gradiente de temperatura acentuado em um ambiente específico de alta pressão de oxigênio para obter crescimento estável de amostras de cristal único, uma vez que a janela de pressão de oxigênio para formação de fase é pequena, camadas de óxido de níquel com múltiplas. componentes são propensos a aparecer. É um fenômeno simbiótico e é fácil ter um grande número de defeitos nas posições de oxigênio do vértice durante o processo de crescimento, o que pode ser a razão para o baixo teor supercondutor de óxido de níquel.

A equipe usou tecnologia de zona flutuante óptica de alta pressão para cultivar um grande número de amostras e constantemente procurou e resumiu as regras. Depois de muitas falhas, eles finalmente sintetizaram com sucesso uma amostra de cristal único de óxido de níquel La4Ni3O10 de três camadas de fase pura. Além disso, a equipe realizou uma série de medições de difração de nêutrons e difração de raios X para determinar com precisão a estrutura da rede e as coordenadas atômicas de oxigênio e o conteúdo do material, e descobriu que quase não havia defeitos de oxigênio no vértice.

Com base em amostras de cristal único de alta qualidade, a equipe e os colaboradores usaram a tecnologia de bigorna de diamante para descobrir o fenômeno supercondutor de resistência zero induzido pela pressão de La4Ni3O10. Sob uma pressão de 69 GPa, a temperatura crítica supercondutora atinge 30K. Estima-se com base em dados diamagnéticos que a fração volumétrica supercondutora desta amostra de cristal único chega a 86%, confirmando as propriedades supercondutoras em massa do óxido de níquel.

Os resultados desta pesquisa também retratam delicadamente o diagrama de fases supercondutoras do sistema La4Ni3O10 sob pressão, esclarecendo a relação entre ondas de densidade de carga/ondas de densidade de spin, supercondutividade, comportamento de metais exóticos e transições de fase da estrutura cristalina no diagrama de fases. Os resultados mostram que a supercondutividade do óxido de níquel pode ter um mecanismo de acoplamento intercamadas diferente da supercondutividade do cuprato, o que fornece informações importantes para o estudo do mecanismo elétrico da supercondutividade do óxido de níquel e fornece uma base para explorar a ordem de carga-ordem de spin e a estrutura de banda plana. correlações intercamadas, comportamentos metálicos exóticos e supercondutividade em alta temperatura fornecem uma importante plataforma de materiais.

Na próxima etapa, a equipe de Zhao Jun continuará a se concentrar em questões importantes no campo da supercondutividade de alta temperatura, explorará as conexões e mecanismos intrínsecos dos supercondutores de alta temperatura em diferentes sistemas e compreenderá e descobrirá supercondutores de alta temperatura de alto desempenho. .

Zhao Jun, professor da Universidade Fudan, Guo Jiangang, pesquisador do Instituto de Física da Academia Chinesa de Ciências, e Zeng Qiaoshi, pesquisador do Centro de Pesquisa Científica de Alta Tensão de Pequim, são os co-autores correspondentes do artigo. Zhu Yinghao, pós-doutorado no Departamento de Física da Universidade de Fudan, Peng Di, estudante de doutorado no Centro de Pesquisa Científica de Alta Tensão de Pequim, Zhang Enkang do Departamento de Física da Universidade de Fudan, Professor Associado Pan Bingying da Ocean University of China , e o engenheiro Chen Xu, do Instituto de Física da Academia Chinesa de Ciências, são os co-autores.