Новости

한어Русский языкEnglishFrançaisIndonesianSanskrit日本語DeutschPortuguêsΕλληνικάespañolItalianoSuomalainenLatina

Сверхпроводники привлекли большое внимание благодаря огромному потенциалу их применения.

В поисках новых высокотемпературных сверхпроводников

Это цель, к которой стремится научное сообщество.

Nature только что опубликовала последние результаты Фуданьского университета.

Обнаружен еще один новый высокотемпературный сверхпроводник!

Факультет физики Фуданьского университета

Команда профессора Чжао Цзюня

Успешно выращено с использованием технологии оптической плавающей зоны высокого давления.

Три слоя оксида никеля La4Ni3O10

Высококачественные образцы монокристаллов

доказалОксиды никеля обладают действием давления.

объемная сверхпроводимость

(объемная сверхпроводимость)

Его объемная доля сверхпроводимости достигает 86%.

Исследование также показало, что этот тип материала демонстрирует

Экзотические металлы и уникальное поведение межслоевого взаимодействия

Помочь людям понять механизм высокотемпературной сверхпроводимости.

Предоставляет новые перспективы и платформы

Вечером 17 июля по пекинскому времени результаты исследования были опубликованы в свежем номере журнала Nature под заголовком «Сверхпроводимость в трехслойных монокристаллах La4Ni3O10-δ под давлением». В то же время журнал Nature рекомендовал и представил основные моменты этой статьи в колонке «Новости и мнения» под заголовком «Поиски сверхпроводимости расширяются».

Групповое фото членов исследовательской группы Чжао Цзюня (третий слева в первом ряду).

Может ли оксид никеля быть объемным сверхпроводником?

Загадки по физике имеют ответы

Сверхпроводники относятся к материалам, которые имеют нулевое сопротивление и полностью диамагнитны при определенной температуре перехода. Они могут широко использоваться в таких областях, как передача и хранение энергии, медицинская визуализация, поезда на магнитной подвеске и квантовые вычисления. Они проводят важные научные и технические исследования. приложения. На данный момент 10 учёных получили Нобелевскую премию за исследования сверхпроводимости.

В 1911 году голландский физик Хейке Камерлинг-Оннес впервые обнаружил сверхпроводимость ртути (Hg), когда он охладил ртуть примерно до 4 К («К» означает термодинамику). Когда единицей измерения температуры является «Кельвин» (4 К = -269,15 ℃), сопротивление ртути внезапно исчезает и становится равным нулю. Долгое время ученые считали, что только обычные металлы и простые сплавы, такие как ртуть, свинец и алюминий, могут проявлять сверхпроводимость при экстремально низких температурах.

Лишь в 1986 году Йоханнес Георг Беднорц и Карл Александр Мюллер открыли высокотемпературную сверхпроводимость в оксиде лантана, бария, меди (La-Ba-Cu-O). Феномен, критическая температура может достигать 30 К. Позднее учёные многих стран, в том числе китайские учёные, подняли критическую температуру сверхпроводимости до диапазона температур жидкого азота (77 К), пока она не превысила 130 К.

Открытие высокотемпературной сверхпроводимости сломало у людей представление о том, что сверхпроводимость может существовать только при чрезвычайно низких температурах.На протяжении многих лет ученые со всего мира проводили различные углубленные исследования явления высокотемпературной сверхпроводимости. Однако после почти четырех десятилетий усилий механизм ее образования все еще остается неразгаданной загадкой.

Важной темой в изучении высокотемпературной сверхпроводимости является поиск новых высокотемпературных сверхпроводников. С одной стороны, люди надеются найти ключ к пониманию механизма высокотемпературной сверхпроводимости с новой точки зрения. С другой стороны, новые материальные системы могут также открыть новые перспективы применения.

Никель находится рядом с медью в таблице Менделеева, а оксид никеля считается одним из важных материалов-кандидатов для достижения высокотемпературной сверхпроводимости.Но после десятилетий исследований было обнаружено, что условия достижения сверхпроводимости в оксиде никеля очень сложны.

В 2019 году сообщалось, что система Nd0,8Sr0,2NiO2 с бесконечными слоями граней NiO2 обладает сверхпроводимостью с температурой перехода около 5–15 К. Однако сверхпроводимость систем такого типа может существовать только в тонкопленочных образцах, а объемные материалы не могут достичь сверхпроводимости.

В 2023 году китайские ученые обнаружили высокотемпературную сверхпроводимость, вызванную давлением, в оксиде никеля La3Ni2O7 с двухслойной структурой поверхности NiO2. Критическая температура сверхпроводимости достигла 80 К, что еще больше увеличило температуру сверхпроводящего перехода оксида никеля до температуры жидкого азота. Температурная зона. . Однако этот материал имеет низкую объемную долю сверхпроводимости, легко проявляет нитевидную сверхпроводимость и с трудом формирует объемную сверхпроводимость. Поэтому крайне важно найти новые сверхпроводящие системы, увеличить объемную долю сверхпроводимости и достичь объемной сверхпроводимости.

В результатах исследования, опубликованных на этот раз журналом Nature, команда Чжао Цзюня успешно синтезировала высококачественный трехслойный монокристаллический образец оксида никеля La4Ni3O10. Образец продемонстрировал нулевое сопротивление и полностью диамагнитный Мейсс ниже критической температуры сверхпроводимости, сверхпроводящего объема. доля достигает 86%, что убедительно доказывает объемные сверхпроводящие свойства оксида никеля.

«Эта объемная доля сверхпроводимости близка к объемной доле купратных высокотемпературных сверхпроводников, что, несомненно, подтверждает объемную сверхпроводимость оксида никеля», — сказал Чжао Цзюнь.

Обеспечить новую перспективу и платформу для исследований сверхпроводников.

Стремление к открытию более эффективных высокотемпературных сверхпроводников

Чжао Цзюнь пришел на факультет физики Фуданьского университета в 2012 году после завершения постдокторской работы в Калифорнийском университете в Беркли. Его исследования сосредоточены на исследованиях рассеяния нейтронов в связанных электронных системах, таких как высокотемпературные сверхпроводники и квантовые магнитные материалы. также занимается крупномасштабным выращиванием высококачественных монокристаллов и измерением их термодинамических и транспортных свойств.

«Прорывы в исследованиях высокотемпературной сверхпроводимости в основном обусловлены экспериментами, особенно открытием новых сверхпроводников. До сих пор существует множество явлений, которые не могут быть полностью объяснены существующими теориями», — сказал Чжао Цзюнь: «Условия роста оксида никеля едины». Кристаллические образцы очень жесткие, необходимо поддерживать высокую температуру и резкий температурный градиент в конкретной среде с высоким давлением кислорода, чтобы добиться стабильного роста монокристаллических образцов. Поскольку окно давления кислорода для формирования фазы невелико, слои оксида никеля имеют множество слоев. компоненты склонны к появлению. Это симбиотическое явление, и в процессе роста легко иметь большое количество дефектов в положениях вершинного кислорода, что может быть причиной низкого содержания сверхпроводимости в оксиде никеля».

командаИспользование технологии оптической плавающей зоны высокого давления. Было выращено большое количество образцов, правила постоянно искались и обобщались. После многих неудач наконец был успешно синтезирован чистофазный трехслойный монокристаллический образец оксида никеля La4Ni3O10. Кроме того, команда провела серию нейтронографических и рентгеновских дифракционных измерений.Структура решетки, координаты атомов кислорода и содержание материала были точно измерены, и было обнаружено, что вершинных кислородных дефектов почти нет.。

(а) Фотография монокристаллического образца La4Ni3O10-δ (б) Данные нейтронной и рентгеновской дифракции монокристалла (в) Эволюция структуры решетки под давлением;

На основе высококачественных монокристаллических образцов команда и ее коллеги использовали технологию алмазной наковальни, чтобы обнаружить явление нулевого сопротивления сверхпроводимости, вызванное давлением La4Ni3O10. При давлении 69 ГПа критическая температура сверхпроводимости достигает 30 К. На основе диамагнитных данных подсчитано, что объемная доля сверхпроводимости этого монокристаллического образца достигает 86%, что подтверждает объемные сверхпроводящие свойства оксида никеля.

Результаты измерения сопротивления и магнитной восприимчивости монокристаллического образца La4Ni3O10-δ

В отличие от бесконечного слоя и двухслойного оксида никеля, где поверхности NiO2 имеют одинаковую химическую среду, уникальная сэндвич-структура, образованная трехслойной структурой, позволяет внешнему и среднему слоям поверхностей NiO2 иметь разную химическую среду, тем самым позволяя Внутренние и внешние слои имеют различное химическое окружение. На поверхности NiO2 создаются различные магнитные структуры, силы электронной корреляции, концентрации зарядов и даже сила сверхпроводящего спаривания, что также дает больше возможностей для регулирования сверхпроводимости.Обеспечивает уникальную платформу для понимания роли межслоевого взаимодействия и переноса заряда в формировании высокотемпературной сверхпроводимости.。

Кроме того, трехслойный оксид никеля имеет более сильный антиферромагнитный порядок, чем бесконечнослойная и двухслойная системы, что дает хорошую основу для понимания связи между спиновой корреляцией и спиновыми флуктуациями, а также механизма высокотемпературной сверхпроводимости оксида никеля. Широко распространено мнение, что возможности и спиновые флуктуации играют ключевую роль в купратном сверхпроводящем спаривании.

Результаты этого исследования также точно отображают сверхпроводящую фазовую диаграмму системы La4Ni3O10 под давлением, проясняя взаимосвязь между волнами зарядовой плотности/волнами спиновой плотности, сверхпроводимостью, поведением экзотических металлов и фазовыми переходами кристаллической структуры на фазовой диаграмме. Результаты показывают, что сверхпроводимость оксида никеля может иметь другой механизм межслоевой связи, чем сверхпроводимость купратов, что дает важную информацию об исследованиях электрического механизма сверхпроводимости оксида никеля и обеспечивает основу для изучения порядка спина-заряда и структуры плоских зон. межслоевые корреляции, сложные взаимодействия между поведением экзотических металлов и высокотемпературной сверхпроводимостью представляют собой важную платформу для создания материалов.

Фазовая диаграмма La4Ni3O10-δ под давлением

На следующем этапе команда Чжао Цзюня продолжит концентрироваться на основных проблемах в области высокотемпературной сверхпроводимости, исследовать внутренние связи и механизмы высокотемпературных сверхпроводников в различных системах, а также понимать и открывать высокоэффективные высокотемпературные сверхпроводники. .

Чжао Цзюнь, профессор Фуданьского университета, Го Цзянган, научный сотрудник Института физики Китайской академии наук, и Цзэн Цяоши, научный сотрудник Пекинского научно-исследовательского центра высокого напряжения, являются соавторами статьи. Чжу Инхао, постдокторант кафедры физики Фуданьского университета, Пэн Ди, докторант Пекинского научно-исследовательского центра высокого напряжения, Чжан Энкан с кафедры физики Фуданьского университета, доцент Пан Бинъин из Океанского университета Китай и инженер Чэнь Сюй из Института физики Китайской академии наук являются соавторами. Исследование было поддержано Национальным фондом науки и технологий, Министерством науки и технологий, Шанхайской комиссией по науке и технологиям, Пекинским фондом естественных наук и Шаньдунским фондом естественных наук. Часть данных для этого исследования была собрана на крупных научных платформах, таких как Комплексная экспериментальная установка для экстремальных условий Китайской академии наук, Национальная лаборатория Ок-Ридж в США и Шанхайский источник синхротронного излучения.

Ссылка на статью

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

компиляция

Школьный медиацентр

Слово

Инь Мэнхао Дин Чаойи

картина

Фото предоставлено собеседником

Ответственный редактор

Инь Мэнхао

Цю Цзисинь

▼Для получения дополнительных новостей Фудань посетите официальный сайт Фуданьского университета.