氧化鎳材料的超導性首次被發現_風聞

​

編譯／雷鑫宇  審稿／阿淼  責編／唐林芳

科學家們製備了鍶摻雜的鎳酸鹽材料，發現其具有超導性。這對高温超導材料的發展有重要意義。

科學家們利用化學方法移除了一層氧原子，將材料轉化為鎳酸鹽。這種物質表現出了超導特性。

phys.org網站近日報道，美國能源部SLAC國家加速器實驗室和斯坦福大學的科學家們製造了第一種具有明顯超導特性的氧化鎳材料。該材料是一種極具潛質的非常規超導體，它與銅酸鹽超導體比較類似。

自1986年發現銅酸鹽超導體以來，科學家們一直希望能用它徹底改變電子設備和電力傳輸技術。鎳酸鹽和銅酸鹽的相似之處為科學家們點亮了新的“思維火光”：鎳酸鹽是否也能實現高温超導？

但鎳酸鹽與銅酸鹽也有顯著不同點。例如鎳酸鹽具備的磁性種類與銅酸鹽差異很大。這可能會推翻關於非傳統超導體工作機制的主導理論。

斯坦福材料與能源科學研究所的博士後研究員Danfeng Li領導了相關研究，並在《自然》雜誌發佈研究成果。

英屬哥倫比亞大學物理與化學教授George Sawatzky為Li等的論文撰寫的評論文章認為：“這是一個非常重大的發現。我們需要重新思考這些超導材料的電子結構和超導機制。學界將投入大量人力和精力到這類新材料的研究中，各種實驗和理論工作將逐步完善。”

自從科學家們發現銅基超導體以來，他們就一直希望能用銅在元素週期表上的“鄰居”鎳製造出類似的氧化物材料。然而，鎳基超導體的製造卻出乎意料的困難。

科學家們先用鍶摻雜鈣鈦礦，然後用化學物質“剔除”氧原子層，使其原子結構發生翻轉，形成具備超導性的鎳酸鹽材料。

Li説：“據我們所知，鎳酸鹽在高温下（約600攝氏度）是不穩定的。因此我們需要找到一種能在高温下穩定生長，然後在低温下轉變成期望結構的材料。”

Li等選擇從具有獨特雙金字塔原子結構的鈣鈦礦材料出發，以鍶進行摻雜，增強其電子自由流動性。摻雜過程使電子脱離鎳原子，留下空穴，鎳原子對此“有點不太開心”——材料開始變得不穩定，這使得下一步的表面成膜極具挑戰性。Li等花費了大約半年的時間才完成這個工作。

薄膜形成後，Li將其切割成小塊，然後用鋁箔包裹起來並用某種化學物質進行密封。化學物質剝除了薄膜上的氧原子，使其具有了全新的原子結構：摻鍶的鎳酸鹽。進一步的測試表明，鎳酸鹽的超導温度為9~15開爾文，雖然温度仍然很低，但高温超導的可能性已經具備。

SLAC和斯坦福大學教授Harold Hwang認為，鎳酸鹽材料的研究還處於初級階段，還有很多工作需要繼續完善。他説，科學家們希望改變鎳酸鹽的摻雜方式，以瞭解新材料在不同温度下的超導性是如何受到影響的，進而確定其他鎳基超導材料。此外，新材料的特殊磁性結構與超導性之間的關係也是研究人員關注的重點之一。

期刊來源：《自然》

期刊編號：0028-0836

原文鏈接：

https://phys.org/news/2019-08-superconductivity-nickel-oxide-material.html

中文內容僅供參考，一切內容以英文原版為準。轉載請註明來源。

轉載本公號內容請聯繫授權

[email protected]