【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】近日，綜合極端條件實(shí)驗(yàn)裝置(SECUF)的程金光團(tuán)隊和周睿團(tuán)隊聯(lián)合國內(nèi)外多個研究團(tuán)隊，在鎳基高溫超導(dǎo)體的研究中取得了重要進(jìn)展。他們充分發(fā)揮SECUF獨(dú)特實(shí)驗(yàn)測量技術(shù)的優(yōu)勢，在La2PrNi2O7多晶樣品中同時提供了高壓下實(shí)現(xiàn)塊體高溫超導(dǎo)電性的兩個關(guān)鍵實(shí)驗(yàn)證據(jù)，即零電阻和完全抗磁性，澄清了目前La3Ni2O7中高溫超導(dǎo)電性起源和體超導(dǎo)的爭議問題，并揭示了微觀結(jié)構(gòu)無序?qū)Ω邷爻瑢?dǎo)電性的不利影響。相關(guān)成果以《La2PrNi2O7高壓四方相的塊體高溫超導(dǎo)電性》為題，發(fā)表在《自然》(Nature)雜志上。
 

　　高溫超導(dǎo)體由于在變革性技術(shù)方面具有巨大的應(yīng)用前景而備受關(guān)注，發(fā)現(xiàn)新的高溫超導(dǎo)體系并揭示其物理機(jī)制是超導(dǎo)領(lǐng)域的研究前沿。去年，我國學(xué)者發(fā)現(xiàn)La3Ni2O7單晶在高壓下具有Tc » 80K的高溫超導(dǎo)電性的跡象，掀起了鎳基高溫超導(dǎo)的研究熱潮。隨后，我國學(xué)者在La3Ni2O7體系中成功觀察到零電阻態(tài)，但關(guān)于其完全抗磁性的實(shí)驗(yàn)證據(jù)仍然缺乏。此外，實(shí)驗(yàn)研究顯示La3Ni2O7單晶樣品由于穩(wěn)定生長的氧壓范圍很窄，容易出現(xiàn)化學(xué)組分不均勻、內(nèi)頂角氧空位以及多種鎳氧化物共存等問題。這造成目前關(guān)于La3Ni2O7中高溫超導(dǎo)電性的起源以及能否實(shí)現(xiàn)體超導(dǎo)態(tài)(完全抗磁性)等核心科學(xué)問題仍存在爭議，嚴(yán)重阻礙了鎳基高溫超導(dǎo)體的研究進(jìn)程。
 

　　針對上述關(guān)鍵科學(xué)問題，該團(tuán)隊調(diào)整思路將研究對象轉(zhuǎn)向晶體質(zhì)量更易控制的多晶樣品，采用離子半徑較小的Pr部分替代La成功抑制了La3Ni2O7中不同鎳氧化物共生和內(nèi)頂角氧空位等問題，制備了單相性良好的具有雙鎳氧層結(jié)構(gòu)的La2PrNi2O7多晶樣品，并在該樣品中同時觀測到零電阻(Tconset = 82.5K，Tczero = 60K)和完全抗磁性(超導(dǎo)屏蔽體積分?jǐn)?shù)達(dá)到97%)。該研究結(jié)果表明鎳基高溫超導(dǎo)電性起源于雙鎳氧層鈣鈦礦相，并揭示微觀結(jié)構(gòu)無序?qū)a3Ni2O7中高溫超導(dǎo)電性的不利影響。這一工作對于鎳基高溫超導(dǎo)材料的進(jìn)一步優(yōu)化設(shè)計與合成具有重要指導(dǎo)作用，將推動鎳基高溫超導(dǎo)體的研究進(jìn)程。
 

　　在該項(xiàng)研究中，SECUF的A2-六面砧高壓實(shí)驗(yàn)站和A6-強(qiáng)磁場核磁共振實(shí)驗(yàn)站發(fā)揮關(guān)鍵作用。其中，A2實(shí)驗(yàn)站提供的大腔體多砧高靜水壓物性測量技術(shù)，能在最大程度上保證壓力的各向同性和均勻性，有效克服了鎳基超導(dǎo)材料對非靜水壓環(huán)境異常敏感而無法實(shí)現(xiàn)零電阻的難題。 A6實(shí)驗(yàn)站的核四極矩共振(NQR)測量技術(shù)，提供了一種定量確定樣品中不同鎳氧化物相比例以及界面等微觀結(jié)構(gòu)無序的方法。
 

　　SECUF是國家“十二五”重大科技基礎(chǔ)設(shè)施，已建成國際先進(jìn)的集極低溫、超高壓、強(qiáng)磁場和超快光場等綜合極端條件為一體的用戶實(shí)驗(yàn)裝置，可極大提升我國在物質(zhì)科學(xué)及相關(guān)領(lǐng)域的基礎(chǔ)研究與應(yīng)用基礎(chǔ)研究綜合實(shí)力。SECUF(北京部分)于2017年開始動工，2023年初全面投入試運(yùn)行，20個實(shí)驗(yàn)站對國內(nèi)外用戶開放。目前，SECUF提供的高壓、低溫和磁場等極端實(shí)驗(yàn)條件已助力用戶在La3Ni2O7單晶和La4Ni3O10單晶中相繼發(fā)現(xiàn)了高壓誘導(dǎo)的高溫超導(dǎo)電性，相關(guān)成果發(fā)表在《自然》雜志上(Nature 621,493 (2023)；Nature 631,531 (2024))。未來，SECUF將繼續(xù)為新型高溫超導(dǎo)材料的探索與機(jī)理研究提供重要支持，期待更多重要成果的涌現(xiàn)。
 

　　綜合極端條件實(shí)驗(yàn)裝置的六面砧高壓實(shí)驗(yàn)站和強(qiáng)磁場核磁共振實(shí)驗(yàn)站的實(shí)物照片，以及La2PrNi2O7多晶樣品的高壓結(jié)構(gòu)演化和超導(dǎo)相圖。