中国研究团队又发现一新型高温超导体

界面新闻记者 | 高菁

中国超导研究又有新突破。

7月18日，复旦大学宣布，该校物理学系赵俊教授团队利用高压光学浮区技术，成功生长三层镍氧化物La4Ni3O10高质量单晶样品，并证实了镍氧化物中具有压力诱导的体超导电性(bulk superconductivity)。

该研究成果在7月17日晚，以“Superconductivity in pressurized trilayer La4Ni3O10-δ single crystals”为题发表于最新一期的《自然》杂志上。

超导体是指在特定转变温度之下电阻为零且呈现完全抗磁性(即迈斯纳效应)的材料，能广泛应用于电力传输和储能、医学成像、磁悬浮列车、量子计算等领域。

根据实现温度不同，超导体可分为低温超导材料和高温超导材料。

低温超导材料通常需要借助4K(-269°C)的液氦来实现20K以下的环境，来实现超导电性。由于氦气是稀有气体，液化技术也很难，极大地限制了低温超导材料的应用，科学家始终在探索更高温度的超导体。

高温超导材料所需的温度相对来说要高得多，通常可以达到40K(-233°C)以上，甚至可以高达-100°C以上。

镍氧化物被认为是实现高温超导电性的重要候选材料之一。但在镍氧化物中实现超导电性需要十分苛刻的条件。

赵俊及团队此次成功合成了高质量三层镍氧化物La4Ni3O10单晶样品，并通过利用金刚石对顶砧技术，发现了La4Ni3O10压力诱导的超导零电阻现象，在69 GPa压力下，超导临界温度达到30K(-243.15°C)，且超导体积分数达到86%，意味着大部分材料都表现出了超导特性。

此外， 研究结果还表明了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。

赵俊表示，此次通过实现最终得出的超导体积分数与铜氧化物高温超导体接近，证实了镍氧化物的体超导电性。

一位业内专家向界面新闻表示， 赵俊教授团队此次的研究成果在超导领域是一个重要的进展 ，“他们发现的是一个全新的镍基超导体，虽然仍需要高压才能实现超导，但是证实超导组分很高，说明是体超导。”

去年7月，中山大学物理学院王猛教授团队在《自然》杂志刊登了高温超导材料的科学成果——首次发现液氮温区镍氧化物超导体。液氮温区指的是温度在液氮沸点附近的范围，即约-196°C左右。

王猛教授团队在具有双层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80K(-193.15°C)。

这是继中国科学家1980年代发现铜氧化物高温超导体之后，人类发现的第二种液氮温区非常规超导材料，也是在全球范围内首次发现的全新高温超导体系。

但该材料的超导体积分数较低，难以形成体超导电性，即在一定的压力条件下，材料的电阻降为零，并且表现出完全抗磁性。

超导体积分数是指在超导状态下，材料中超导电流所占的体积比例，反映了材料中有多少部分能够表现出超导特性。积分数越高，说明材料的超导性能越好。

“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。”赵俊称。

中国科学院物理研究所研究员罗会仟此前在接受界面新闻等媒体线上采访时表示，全世界范围内，中国在超导基础研究领域位于前列。

从商业化的角度看，罗会仟指出，中国科学家已经做出了全球第一根百米级铁基超导的线材，走向了实用化道路。近几年，民营资本也投向高温超导带材应用领域，瞄准强磁场、可控核聚变、磁悬浮列车等。

“但材料从发现到应用，仍有很长的路要走。商业化路途中，还有很多根本问题需要克服，大规模应用还存在一定瓶颈。”罗会仟说。