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中科院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院研究證實(shí)鎳氧化物的高溫超導(dǎo)特性

2025年09月23日 14:24:14 來(lái)源：化工儀器網(wǎng) 作者：楊 點(diǎn)擊量：5829

近期，中國(guó)科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院固體物理研究所劉曉迪團(tuán)隊(duì)，聯(lián)合吉林大學(xué)黃曉麗團(tuán)隊(duì)、中山大學(xué)王猛團(tuán)隊(duì)，利用金剛石氮-空位(NV)色心以及電輸運(yùn)手段，在高壓下的鑭鎳氧(La3Ni2O7???)單晶材料中同步觀測(cè)到超導(dǎo)零電阻和邁斯納效應(yīng)，證實(shí)鑭鎳氧材料的超導(dǎo)抗磁性，為高溫超導(dǎo)材料研究提供了實(shí)驗(yàn)證據(jù)。

　　高溫超導(dǎo)材料是指在相對(duì)較高溫度(通常指超過(guò)液氮沸點(diǎn)-196℃)下能夠?qū)崿F(xiàn)零電阻和完全抗磁性(即邁斯納效應(yīng))的特殊物質(zhì)。這類(lèi)材料在能源傳輸、磁懸浮交通、醫(yī)療影像等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景，對(duì)其機(jī)理的深入探索和新體系的發(fā)現(xiàn)是凝聚態(tài)物理研究的核心前沿之一。近年來(lái)，除了經(jīng)典的銅氧化物超導(dǎo)家族，科研人員一直在努力尋找其他可能的高溫超導(dǎo)材料，鎳氧化物被視為極具潛力的候選者。
 
　　盡管前期研究表明某些鎳氧化物在高壓下可實(shí)現(xiàn)超導(dǎo)，但其是否像傳統(tǒng)超導(dǎo)體一樣具有標(biāo)志性的完全抗磁性——即超導(dǎo)體能夠排斥內(nèi)部磁場(chǎng)的邁斯納效應(yīng)，始終存在爭(zhēng)議與質(zhì)疑，這直接關(guān)系到對(duì)其超導(dǎo)本質(zhì)的確認(rèn)。
 
　　近期，中國(guó)科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院固體物理研究所劉曉迪團(tuán)隊(duì)，聯(lián)合吉林大學(xué)黃曉麗團(tuán)隊(duì)、中山大學(xué)王猛團(tuán)隊(duì)，利用金剛石氮-空位(NV)色心以及電輸運(yùn)手段，在高壓下的鑭鎳氧(La3Ni2O7−??)單晶材料中同步觀測(cè)到超導(dǎo)零電阻和邁斯納效應(yīng)，證實(shí)鑭鎳氧材料的超導(dǎo)抗磁性，為高溫超導(dǎo)材料研究提供了實(shí)驗(yàn)證據(jù)。
 
　　為攻克超導(dǎo)抗磁性測(cè)量難題，研究團(tuán)隊(duì)將金剛石NV色心量子傳感與高壓金剛石對(duì)頂砧技術(shù)相結(jié)合，自主搭建基于固態(tài)色心量子傳感的高壓低溫磁探測(cè)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)La3Ni2O7−??單晶局部抗磁性的原位高靈敏度檢測(cè)。進(jìn)一步，研究人員將該技術(shù)與四探針電輸運(yùn)測(cè)量結(jié)合，在同一塊單晶樣品上同步觀測(cè)到存在零電阻和邁斯納效應(yīng)，為L(zhǎng)a3Ni2O7−??的超導(dǎo)屬性判定提供了相互印證的雙重實(shí)驗(yàn)證據(jù)。
 
　　科研團(tuán)隊(duì)通過(guò)系統(tǒng)的壓力調(diào)控實(shí)驗(yàn)，揭示了La3Ni2O7−??單晶的超導(dǎo)特性隨壓力變化的演化規(guī)律。團(tuán)隊(duì)采用基于自旋量子傳感原理的金剛石NV色心技術(shù)開(kāi)展研究。這一技術(shù)在磁測(cè)量領(lǐng)域具有優(yōu)異的靈敏度和空間分辨率。即使在高壓環(huán)境和材料不均勻性的極端實(shí)驗(yàn)條件下，NV色心量子傳感技術(shù)仍展現(xiàn)出高靈敏度和高分辨率。借助這一技術(shù)，團(tuán)隊(duì)實(shí)現(xiàn)了對(duì)金剛石壓砧中高壓非均勻超導(dǎo)樣品局部抗磁性的高靈敏度檢測(cè)，測(cè)量精度達(dá)到微米級(jí)空間分辨。
 
　　上述研究證實(shí)了La3Ni2O7−??體系的高溫超導(dǎo)特性，凸顯出NV色心技術(shù)在極端環(huán)境磁性測(cè)量領(lǐng)域的優(yōu)勢(shì)。
 
　　相關(guān)研究成果Evidence for the Meissner Effect in the Nickelate Superconductor La3Ni2O7−?? Single Crystal Using Diamond Quantum Sensors于近日發(fā)表在《物理評(píng)論快報(bào)》(Physical Review Letters)上。研究工作得到國(guó)家自然科學(xué)基金委員會(huì)、科學(xué)技術(shù)部、中國(guó)科學(xué)院等的支持。
 
　　參考來(lái)源： 合肥物質(zhì)科學(xué)研究院
 
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