科學家實現塊體鎳基高溫超導電性

我國科學家牽頭的科研團隊利用我國綜合極端條件實驗裝置，在一種雙鎳氧層鈣鈦礦材料La2PrNi2O7中，實現了塊體高溫超導電性，並揭示了鎳基高溫超導體的結構起源。

該研究由中國科學院物理研究所程金光研究員團隊和周睿研究員團隊聯合國內外多個研究團隊完成，相關成果10月2日在國際學術期刊《自然》發表。

綜合極端條件實驗裝置的六面砧高壓實驗站和強磁場核磁共振實驗站的實物照片，以及La2PrNi2O7多晶樣品的高壓結構演化和超導相圖。（中國科學院物理研究所供圖）

超導電性是指某些材料在溫度降低到某一臨界值以下時，電阻突然消失的現象。這種材料被稱爲超導體，在衆多高技術領域擁有巨大應用潛力。然而，超導體要實現超導態，必須要有極低溫的環境。找到臨界溫度更高、更適於應用的超導體，是科學家努力追求的目標。

2023年，我國科研人員發現La3Ni2O7單晶在高壓下存在臨界溫度約80K（約零下193攝氏度）的高溫超導電性現象，掀起了鎳基高溫超導的研究熱潮。目前，如何在該體系中實現塊體超導態並揭示超導電性的結構起源是關鍵科學問題。

“零電阻態和完全抗磁性是判定實現超導電性的關鍵實驗證據。”程金光介紹，此項研究中，團隊將研究對象轉向晶體質量更易控制的多晶樣品，採用離子半徑較小的鐠（Pr）部分替代鑭（La），成功抑制了La3Ni2O7中不同鎳氧化物共生和內頂角氧空位等問題，製備了高壓下臨界溫度82.5K的La2PrNi2O7多晶樣品，並從中成功觀測到零電阻態和完全抗磁性。

“該研究結果表明，鎳基高溫超導電性起源於雙鎳氧層鈣鈦礦相，並揭示了微觀結構無序對高溫超導電性的不利影響，對於鎳基高溫超導材料的進一步優化設計與合成具有重要指導作用。”周睿說。

綜合極端條件實驗裝置是國家“十二五”重大科技基礎設施，已建成國際先進的集極低溫、超高壓、強磁場和超快光場等綜合極端條件爲一體的實驗裝置，可極大提升我國在物質科學及相關領域的基礎研究與應用基礎研究綜合實力。（記者張泉）