物理所在笼型富氢化物LaH10高温超导电性研究中取得进展

自1911年超导现象被发现以来,室温超导是人们孜孜以求的目标。然而,基于电-声耦合机制的常规超导体,其超导临界温度(Tc)通常很难超过麦克米兰极限~40K。20世纪80年代发现的铜氧化物高温超导体为实现室温超导带来希望,但是经过30多年的研究,最高Tc(常压下~134K,高压下~164K)很难进一步提高,而且非常规超导机理至今仍悬而未决。根据BCS理论,人们预期,如果在高压下获得金属氢或高度富氢材料可能会实现高温甚至室温超导。近年来,按照这一思路,在理论设计和实验合成富氢高温超导体方面取得进展,2014年发现硫化氢在高压条件下呈现出Tc=203K的高温超导电性,打破此前铜氧化物高温超导体保持的纪录,激发了人们探索室温超导的热情。2019年,德国、美国的两个研究组分别独立报道,超高压下合成的笼型富氢材料LaH10+δ具有Tc=250-260K的近室温超导,在国际上引起关注。然而,由于LaH10+δ及相关富氢超导材料的研究涉及兆巴(百万大气压)超高压条件下的原位高温合成和低温电输运测量,对高压实验技术提出较高的要求。

近日,中国科学院物理研究所/北京凝聚态物理国家研究中心极端条件物理重点实验室EX6课题组副研究员洪芳、于晓辉与研究员程金光,中科院院士、物理所超导国家重点实验室研究员赵忠贤,以及北京高压科学研究中心研究员杨留响合作,克服各种高压技术难点,通过在70微米的金刚石对顶砧台面上手工布置标准四电极引线,采用氨硼烷作为氢源,利用激光加热使其分解产生氢气并与放置在金刚石对顶砧压腔内的La金属薄片反应。通过调节激光加热温度,在165GPa,1700K加热得到Tc≈240-250K的LaH10+δ。通过不同磁场下的电阻测试,进一步确认LaH10+δ的高温超导转变(图1)。获取更多前沿科技信息访问:https://byteclicks.com

该研究重复出之前德国、美国研究组发现的LaH10+δ高温超导体,并发展了利用金刚石对顶砧开展兆巴高压下的原位激光加热与标准四电极电阻测试技术。该实验路线相对简单、易于推广,有助于推动超高压下富氢高温超导材料的探索研究。

相关研究成果发表在Chinese Physics Letters上。研究工作得到中科院战略性先导科技专项(B类)、国家自然科学基金委、北京市自然科学基金和科技部重点研发计划项目的支持。此外,相关实验使用了在建的国家重大科技基础设施项目——综合极端条件实验装置的部分高压实验设备。

物理所在笼型富氢化物LaH10高温超导电性研究中取得进展

左图为激光加热前后的样品和电极对比图,右图为升降温过程测试的电阻数据显示出超导转变;插图为不同磁场下的电阻数据,显示超导转变随磁场增加而逐渐向低温移动

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