復(fù)旦物理學(xué)系團隊發(fā)現(xiàn)新型高溫超導(dǎo)體

超導(dǎo)體因其巨大的應(yīng)用潛力，一直是科研領(lǐng)域的焦點，尤其是在尋找能承受更高溫度的新型超導(dǎo)體方面。近期，復(fù)旦大學(xué)物理學(xué)系趙俊教授的團隊在這方面取得了重要進展，他們的研究發(fā)現(xiàn)于7月17日登上了《自然》雜志。團隊通過高壓光學(xué)浮區(qū)技術(shù)培育出的三層鎳氧化物L(fēng)a4Ni3O10-δ高質(zhì)量單晶，展示了在壓力作用下出現(xiàn)的體超導(dǎo)電性，超導(dǎo)體積分數(shù)達到了86%。這一發(fā)現(xiàn)意味著又一種新型高溫超導(dǎo)材料的問世，它不僅具有超導(dǎo)特性，還展現(xiàn)出奇異金屬行為及獨特的層間耦合效應(yīng)，為深入理解高溫超導(dǎo)機制開啟了新的研究視角。

超導(dǎo)材料在特定低溫下電阻消失并表現(xiàn)出完全抗磁性，對電力傳輸、儲能、醫(yī)療成像、高速交通及量子計算等領(lǐng)域具有重要意義。盡管數(shù)十年來全球科學(xué)家對高溫超導(dǎo)現(xiàn)象進行了廣泛探索，其背后的原理仍然是個未解之謎。因此，發(fā)現(xiàn)新的高溫超導(dǎo)材料不僅是理論研究的重大突破，也可能引領(lǐng)技術(shù)應(yīng)用的新方向。

趙俊團隊的工作亮點在于成功制備出的鎳氧化物單晶在超導(dǎo)轉(zhuǎn)換溫度下展現(xiàn)的零電阻及邁斯納效應(yīng)，證明了這種材料的超導(dǎo)屬性與著名的銅氧化物高溫超導(dǎo)體相近。趙俊教授強調(diào)，這一發(fā)現(xiàn)明確證實了鎳氧化物的體超導(dǎo)性。他自2012年起在復(fù)旦大學(xué)致力于高溫超導(dǎo)和量子磁性材料的研究，特別在高品質(zhì)單晶樣品的制備和性質(zhì)測量方面有著深厚積累。

制備這類鎳氧化物單晶極具挑戰(zhàn)，需在高氧壓、高溫及精確控制的溫度梯度條件下進行，稍有不慎便可能導(dǎo)致成分不純或結(jié)構(gòu)缺陷。經(jīng)過反復(fù)嘗試和優(yōu)化生長條件，團隊最終克服了難關(guān)，合成出純凈的三層La4Ni3O10單晶，并通過一系列精密測試，揭示了其內(nèi)部結(jié)構(gòu)和超導(dǎo)性質(zhì)的詳細信息。特別是在高壓環(huán)境下，該材料在69 GPa壓力下展現(xiàn)出30K的超導(dǎo)臨界溫度，超導(dǎo)體積分數(shù)高達86%。

此研究不僅描繪了La4Ni3O10在壓力影響下的超導(dǎo)相圖，還指出了超導(dǎo)、電荷密度波、自旋密度波以及奇異金屬行為之間的相互關(guān)系，暗示鎳氧化物的超導(dǎo)機制可能與銅氧化物存在差異，為探索超導(dǎo)電性及其他相關(guān)現(xiàn)象的深層次關(guān)聯(lián)提供了寶貴的物質(zhì)基礎(chǔ)。

未來，趙俊團隊將持續(xù)在高溫超導(dǎo)領(lǐng)域深耕，旨在揭開不同超導(dǎo)體系之間的內(nèi)在聯(lián)系和基本原理，推動高性能高溫超導(dǎo)材料的發(fā)展。本研究由趙俊、郭建剛、曾橋石等人共同指導(dǎo)，朱英浩、彭帝、張恩康等為論文共同第一作者，體現(xiàn)了跨機構(gòu)合作在推進科學(xué)前沿探索中的重要作用。