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Los superconductores han atraído mucha atención debido a su enorme potencial de aplicación, y encontrar nuevos superconductores de alta temperatura es un objetivo diligente de la comunidad científica.

En la tarde del 17 de julio, hora de Beijing, los resultados de la investigación del equipo del profesor Zhao Jun del Departamento de Física de la Universidad de Fudan se publicaron en el último número de Nature bajo el título "Superconductividad en monocristales presurizados tricapa La4Ni3O10-δ".

Capturas de pantalla de los resultados de la investigación. Todas las imágenes de este artículo fueron proporcionadas por la Universidad de Fudan.

El equipo del profesor Zhao Jun utilizó tecnología de zona flotante óptica de alta presión para cultivar con éxito una muestra monocristalina de alta calidad de óxido de níquel de tres capas La4Ni3O10, lo que confirma que el óxido de níquel tiene superconductividad masiva inducida por presión y su fracción de volumen superconductor alcanza el 86%. lo que significa que se ha descubierto otro nuevo tipo de superconductor de alta temperatura. El estudio también encontró que este tipo de material exhibe metales exóticos y un comportamiento de acoplamiento entre capas único, lo que proporciona una nueva perspectiva y plataforma para que las personas comprendan el mecanismo de la superconductividad de alta temperatura.

Foto de grupo de los miembros del equipo de investigación de Zhao Jun (tercero desde la izquierda en la primera fila)

Los superconductores se refieren a materiales que tienen resistencia cero y son completamente diamagnéticos bajo una temperatura de transición específica. Pueden usarse ampliamente en campos como la transmisión y el almacenamiento de energía, imágenes médicas, trenes maglev y computación cuántica. aplicaciones valor. A lo largo de los años, científicos de todo el mundo han llevado a cabo diversas formas de investigación en profundidad sobre el fenómeno de la superconductividad de alta temperatura. Sin embargo, después de casi cuatro décadas de esfuerzos, su mecanismo de formación sigue siendo un misterio sin resolver.

Un tema importante en el estudio de la superconductividad de alta temperatura es la búsqueda de nuevos superconductores de alta temperatura. Por un lado, se espera encontrar pistas para comprender el mecanismo de la superconductividad a altas temperaturas desde una nueva perspectiva. Por otro, los nuevos sistemas materiales también pueden ofrecer nuevas perspectivas de aplicación.

En los resultados de la investigación publicados por Nature esta vez, el equipo de Zhao Jun sintetizó con éxito una muestra monocristalina de óxido de níquel de tres capas de alta calidad La4Ni3O10. La muestra exhibió resistencia cero y Meiss completamente diamagnética por debajo de la temperatura crítica del superconductor, el volumen superconductor. La fracción alcanza el 86%, lo que demuestra claramente las propiedades superconductoras del óxido de níquel.

"Esta fracción de volumen superconductor es cercana a la de los superconductores de cuprato de alta temperatura, lo que sin duda confirma la superconductividad en masa del óxido de níquel", dijo Zhao Jun.

Zhao Jun llegó al Departamento de Física de la Universidad de Fudan en 2012 después de completar su trabajo postdoctoral en la Universidad de California, Berkeley. Su investigación se centra en la dispersión de neutrones en sistemas electrónicos relacionados, como los superconductores de alta temperatura y los materiales magnéticos cuánticos. También se dedica al crecimiento de muestras a gran escala y de alta calidad y a la medición de sus propiedades termodinámicas y de transporte.

"Los avances en la investigación de la superconductividad de alta temperatura se deben principalmente a experimentos, especialmente al descubrimiento de nuevos superconductores. Hasta ahora, hay muchos fenómenos que no pueden explicarse completamente mediante las teorías existentes", dijo Zhao Jun: "Las condiciones de crecimiento del óxido de níquel simple". Las muestras de cristales son muy duras, es necesario mantener una temperatura alta y un gradiente de temperatura agudo en un entorno específico de alta presión de oxígeno para lograr un crecimiento estable de las muestras de monocristal. Dado que la ventana de presión de oxígeno para la formación de fases es pequeña, las capas de óxido de níquel son múltiples. "Los componentes son propensos a aparecer. Es un fenómeno simbiótico, y es fácil tener una gran cantidad de defectos en las posiciones de oxígeno del vértice durante el proceso de crecimiento, lo que puede ser la razón del bajo contenido superconductor de óxido de níquel".

El equipo utilizó tecnología de zona flotante óptica de alta presión para cultivar una gran cantidad de muestras y buscó y resumió constantemente las reglas. Después de muchos fracasos, finalmente sintetizaron con éxito una muestra monocristalina de óxido de níquel La4Ni3O10 de tres capas en fase pura. Además, el equipo llevó a cabo una serie de mediciones de difracción de neutrones y difracción de rayos X para determinar con precisión la estructura de la red y las coordenadas atómicas de oxígeno y el contenido del material, y descubrió que casi no había defectos de oxígeno en los vértices.

A partir de muestras de monocristal de alta calidad, el equipo y sus colaboradores utilizaron tecnología de yunque de diamante para descubrir el fenómeno superconductor de resistencia cero inducido por la presión del La4Ni3O10. Bajo una presión de 69 GPa, la temperatura crítica del superconductor alcanza los 30 K. Se estima, basándose en datos diamagnéticos, que la fracción de volumen superconductor de esta muestra de cristal único llega al 86%, lo que confirma las propiedades superconductoras en masa del óxido de níquel.

Los resultados de esta investigación también representan con delicadeza el diagrama de fases superconductor del sistema La4Ni3O10 bajo presión, aclarando la relación entre las ondas de densidad de carga/ondas de densidad de espín, la superconductividad, el comportamiento de los metales exóticos y las transiciones de fase de la estructura cristalina en el diagrama de fases. Los resultados muestran que la superconductividad del óxido de níquel puede tener un mecanismo de acoplamiento entre capas diferente al de la superconductividad del cuprato, lo que proporciona información importante sobre la investigación sobre el mecanismo eléctrico de la superconductividad del óxido de níquel y proporciona una base para explorar el orden de espín-carga y la estructura de banda plana. Las correlaciones entre capas, las interacciones complejas entre comportamientos metálicos exóticos y la superconductividad de alta temperatura proporcionan una importante plataforma de materiales.

En el siguiente paso, el equipo de Zhao Jun continuará centrándose en cuestiones importantes en el campo de la superconductividad de alta temperatura, explorará las conexiones y mecanismos intrínsecos de los superconductores de alta temperatura en diferentes sistemas y comprenderá y descubrirá superconductores de alta temperatura de mayor rendimiento. .

Zhao Jun, profesor de la Universidad de Fudan, Guo Jiangang, investigador del Instituto de Física de la Academia de Ciencias de China, y Zeng Qiaoshi, investigador del Centro de Investigación Científica de Alto Voltaje de Beijing, son los coautores correspondientes del artículo. Zhu Yinghao, becario postdoctoral en el Departamento de Física de la Universidad de Fudan, Peng Di, estudiante de doctorado en el Centro de Investigación Científica de Alto Voltaje de Beijing, Zhang Enkang del Departamento de Física de la Universidad de Fudan, Profesor Asociado Pan Bingying de la Universidad Ocean de China y el ingeniero Chen Xu del Instituto de Física de la Academia de Ciencias de China son los coautores.