中國科學家取得突破,發現新型高溫超導體;復旦大學、中國科學院物理研究所及北京高壓科學研究中心,合作證實了鎳氧化物中具有壓力誘導的體超導電性,其超導體積分數達到86%,為人類理解高溫超導機理提供新的視角和平台。 國際學術期刊《自然》發表這一研究成果。

所謂超導體,是在特定轉變溫度之下電阻為零,且呈現完全抗磁性的材料,能廣泛應用於電力傳輸和儲能、醫學成像、磁懸浮列車、量子計算等領域,具有重要的科學研究和技術應用價值。迄今為止,已有10位科學家因超導研究獲諾貝爾獎。

1911年,荷蘭物理學家昂內斯在汞中首次發現超導現像,當他把汞冷卻到約4K(“K”為熱力學溫度單位“開爾文”,4 K=零下269.15℃)時,汞的電阻突然消失。此後很長時間,科學家們認為只有汞、鉛、鋁等常規金屬和簡單合金,在極低溫下才能展現出超導性。 直到1986年,貝德諾爾茨和米勒在鑭鋇銅氧化物中發現了高溫超導現像,臨界溫度可以高達30K。後來,包括我國科學家在內的多國科學家將其超導臨界溫度提升至液氮溫區(77 K)直至超過130K。

去年中國科學家在一種鎳氧化物中發現了壓力誘導的高溫超導電性,超導臨界溫度達到80 K(“K”為熱力學溫度單位“開爾文”,4 K=零下269.15℃),進一步將鎳氧化物的超導轉變溫度提高到了液氮溫區。但這種材料的超導體積分數較低,容易表現出絲狀超導現像,很難形成體超導電性。因此,尋找新的超導體系,提高超導體積分數,實現體超導電性十分關鍵。 研究團隊成功合成了高質量的三層鎳氧化物LaNiO單晶樣品,樣品在低於超導臨界溫度下表現出了零電阻和完全抗磁的邁斯納效應,超導體積分數達到86%,有力證明了鎳氧化物的體超導性質。

參與研究的復旦大學物理學系教授趙俊表示,鎳氧化物單晶樣品的生長條件十分苛刻,容易出現多種成分的鎳氧化物層狀共生的現像,這可能是鎳氧化物超導含量低的原因。 下一步,團隊還將繼續聚焦高溫超導領域重大問題,探究不同體系高溫超導體的內在聯系和機理,理解和發現更高性能的高溫超導體。