美国首次制造出“氧化镍”超导体,导家族又增加新成员

美国能源部SLAC国家加速器实验室和斯坦福大学科学家已经制造出:第一种显示出明显超导迹象的氧化镍材料,超导即无损耗地传输电流的能力。这也被称为镍酸盐,是一个潜在非常规超导体家族中的第一个,它与氧化铜或铜酸盐非常相似,给1986年的发现带来了希望,即超导体有朝一日可以在接近室温的条件下运行,并使电子设备、电力传输和其他技术发生革命性变化。

首次制造出“氧化镍”超导体!超导家族又增加新成员

这些相似之处让科学家们怀疑镍盐是否也可以在相对较高的温度下拥有超导能力。与此同时,这种新材料似乎在根本上不同于铜酸盐,例如它可能不包含所有超导铜酸盐都具有的一种磁性,这可能会颠覆关于这些非常规超导体如何工作的领先理论。经过三十多年的研究,还没有人能确定这一点。该实验由SLAC斯坦福大学材料与能源科学研究所的博士后研究员李丹峰(音译)领导,其研究成果发表在《自然》期刊上。

艰难的研究

不列颠哥伦比亚大学物理化学教授乔治·萨瓦茨基表示:这是一个非常重要的发现,需要我们重新思考这些材料中电子结构的细节和可能的超导机制。这将促使很多人投入到研究这类新材料中来,各种实验和理论工作都将完成。自从发现铜酸盐超导体以来,科学家们一直梦想着以镍为基础制造类似的氧化物材料,镍在元素周期表中正好与铜相邻。但是制造具有有利于超导原子结构的镍酸盐却出人意料地困难。

首次制造出“氧化镍”超导体!超导家族又增加新成员

据目前所知,本研究试图制造的镍酸盐,这些材料通常需要非常高的温度(大约600摄氏度)下不稳定。因此,需要从能够在高温下稳定生长的东西开始,然后在较低的温度下将其转化为我们想要的形式。研究人员从一种钙钛矿开始(这是一种由其独特双金字塔原子结构定义的材料)其中含有钕、镍和氧。然后,通过添加锶来掺杂钙钛矿;这是一个常见的过程,向材料中添加化学物质,使其更多的电子自由流动。这偷走了镍原子的电子,留下了空洞,镍原子对此很不高兴。

这种材料现在不稳定,使得下一步(在表面上生长一层薄膜)真的很有挑战性;研究人员花了半年时间才让它发挥作用。完成后,将胶片切成小块,松散地用铝箔包裹,然后用一种化学物质将其密封在试管中,这种化学物质巧妙地夺走了一层氧原子:就像从摇摇欲坠的堆叠积木塔中取出一根棍子一样。这使薄膜变成了一种全新的原子结构:掺锶镍酸盐。这些步骤中的每一个之前都已经演示过了,但不是在这个组合中。

进一步的测试将揭示,镍酸盐确实是在9-15开尔文的温度范围内具有超导性,但这是第一个开始,未来可能会出现更高的温度。SIMES研究员、SLAC和斯坦福大学教授、该报告的资深作者Harold Hwang表示:对这种新材料的研究处于“非常、非常早期的阶段,还有很多工作要做。我们刚刚看到了第一个基本实验,现在需要做一系列的研究,这些研究仍然在对铜酸盐进行。科学家将希望以各种方式对镍酸盐材料进行涂抹,以观察这对其在一定温度范围内的超导性有何影响,并确定其他镍酸盐是否可以成为超导体。[博科园 研究来自SLAC国家加速器实验室]

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