重磅！我国高温超导体研究，取得新突破

　　具有超导电性，其转变温度约为5-15 K。但这类体系超导电性仅能存在于薄膜样品之中，块体材料却无法实现超导。

　　2023年，中国科学家在具有双层NiO2面结构的镍氧化物La3Ni2O7中发现了压力诱导的高温超导电性，超导临界温度达到80 K，进一步将镍氧化物的超导转变温度提高到了液氮温区。但这种材料的超导体积分数较低，容易表现出丝状超导现象，很难形成体超导电性。因此，寻找新的超导体系，提高超导体积分数，实现体超导电性十分关键。

　　在Nature此次发布的研究成果中，赵俊团队成功合成了高质量的三层镍氧化物La4Ni3O10单晶样品，样品在低于超导临界温度下表现出了零电阻和完全抗磁的迈斯纳效应，超导体积分数达到86%，有力证明了镍氧化物的体超导性质。

　　赵俊2012年在加州大学伯克利分校博士后工作结束后来到复旦大学物理学系，研究方向专注于高温超导和量子磁性材料等关联电子体系的中子散射研究，同时从事大尺度、高质量单晶样品的生长及其热力学和输运性质的测量。

　　“高温超导研究的突破大多由实验、特别是新超导体的发现驱动，至今为止还有很多现有理论无法完全解释的现象。”赵俊介绍，“镍氧化物单晶样品的生长条件十分苛刻，需要在特定的高氧压的环境中，保持高温和尖锐的温度梯度，才能实现单晶样品的稳定生长。由于成相的氧压窗口很小，因此容易出现多种成分的镍氧化物层状共生的现象，且生长过程中极易出现大量顶点氧位置的缺陷，这可能是镍氧化物超导含量低的原因。”

　　La4Ni3O10-δ单晶样品照片；中子和X-ray单晶衍射数据；压力下晶格结构的演变

　　以高质量单晶样品为基础，团队与合
 

　　La4Ni3O10-δ单晶样品的电阻和磁化率测量结果

　　与无限层和双层镍氧化物中NiO2面具有相同的化学环境不同，三层结构形成的独特的三明治结构让外层和中间层NiO2面具有不同的化学环境，从而可以在内层和外层NiO2面中产生不同的磁结构、电子关联强度、电荷浓度，甚至是超导配对的强度，这为超导电性的调控提供了更多可能性，此外，三层镍氧化物比无限层和双层体系有更强的反铁磁序，这为理解自旋关联和自旋涨落与镍氧化物高温超导机理的关系提供了一个很好的机会，而自旋涨落被广泛的认为在铜氧化物超导配对中可能起到了关键的作用。

　　这项研究结果还精细刻画了La4Ni3O10体系在压力下的超导相图，阐明了电荷密度波/自旋密度波、超导、奇异金属行为和晶体结构相变在相图中的关系。结果表明镍氧化物超导可能与铜氧化物超导有着不同的层间耦合机制，为镍氧化物超导电性机理的研究提供了重要见解，并为探索自旋序-电荷序、平带结构、层间关联、奇异金属行为和高温超导电性之间的复杂相互作用提供了重要的材料平台。

　　何谓超导和超导体？

　　公开资料显示，超导概念最早由荷兰物理学家海克•卡末林•昂内斯在1911年发现。他在用液氦将汞的温度降到4.15K时，发现汞的电阻降为零，于是把这种现象称为超导性。后来昂内斯和其他科学家陆续发现其他一些金属也是超导体。1935年，德国人伦敦兄弟提出了一个超导电性的电动力学理论……2019年德国马普所的Eremets等人再接再厉，在氢化镧体系中实现了250K的临界温度，但是同时需要极高的压强。

　　据了解，目前超导材料的最高临界温度已经达到了203K。

　　超导体是指在极低温度下，电阻会突然降为零的材料。超导体不仅具有零电阻的特性，而且具有完全抗磁性。超导体电阻转变为零的温度，称为超导临界温度。

　　超导体已经被广泛地应用于我们的生活、科研和生产等许多方面，如医院核磁共振成像、大科学装置和实验室的各种超导磁体等。尤其是高温超导体已开始得到应用，如超导电磁感应加热应用于铝锭的加工和电网限流器等。