高温超导体家族“上新”!为什么要不断寻找高温超导体?
高温超导现象的上新发现打破了人们对超导只能存在于极低温的传统认知,推动了材料科学和凝聚态物理等前沿领域的高温发展,寻找新型高温超导体也一直是超导贵州某某环保工程售后客服中心科学家孜孜以求的目标。近日,族为找高国际学术期刊《自然》发表了我国科学家发现又一新型高温超导体的断寻导体最新研究成果。
复旦大学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了三层镍氧化物,温超证实了镍氧化物中具有压力诱导的上新体超导电性,其超导体积分数达到86%,高温这一成果为人们理解高温超导机理提供了新的超导视角和平台。什么是族为找高超导体?为什么我们要寻找新型高温超导体材料?我们邀请中国科学院物理研究所研究员罗会仟,为公众解读高温超导材料的断寻导体应用魅力。
问:什么是温超超导体?什么又是高温超导体?
罗会仟:超导体指的是同时具有绝对零电阻和完全抗磁性的一类材料,其本质是上新贵州某某环保工程售后客服中心材料内部巡游电子在足够低温下呈现的宏观量子凝聚态。绝大部分超导材料都必须依赖低温环境才能实现超导电性,高温一般低于40K。超导目前仅有两大类材料可以在常压下突破40K,即铜氧化合物和铁基超导体,其中铜氧化合物常压下最高临界温度为134K,突破了液氮沸点(>77K)。
问:为什么要寻找新型高温超导体?
罗会仟:尽管已有两大家族高温超导体,且部分材料体系可以在液氮温区使用,但它们在应用上均存在很多瓶颈,例如难以制备纯相材料、各向异性度太大、晶界弱连接、力学和机械性能差等。目前大规模应用的超导材料主要以铌钛合金、铌三锡等常规的低温超导体为主,必须依赖昂贵的液氦制。因此,必须探索适用规模应用的新型高温超导材料。
铜氧化物和铁基超导体的微观机制目前也尚未理解,涉及凝聚态物理中前沿的科学问题,例如强关联的多体相互作用、多电子态竞争序共存、电荷相互作用与磁性相互作用并重等问题。理解高温超导机理,有望激发新的物理理论框架甚至是全新的研究范式的形成。但目前高温超导机理众说纷纭,急需更多的新型高温超导材料来验证其普适性。
问:镍氧化物为什么被认为是实现高温超导电性的重要候选材料之一?
罗会仟:早在上世纪80年,科学家们在搜寻氧化物中超导电性的时候,就注意到了镍氧化物,但没有发现超导电性。2019年,美国的Hwang团队在Nd0.8Sr0.2NiO2薄膜样品实现15K左右的超导电性。随后,科学家们在La2NiO4、La3Ni2O7、La4Ni3O10等结构体系探索超导电性,2023年7月,来自中山大学物理学院王猛教授团队及其合作者在Nature发表论文,宣布在La3Ni2O7单晶样品中发现高压诱导的约80K超导电性(压力为14GPa)。但是La3Ni2O7高压超导电性的超导体积分数并不高,而且首个报道的电阻测量也未能达到零电阻,关于其超导电性仍然存疑。
经过中国科学家的不懈努力,浙江大学袁辉球团队和中国科学院物理研究所的程金光团队实现了该材料的零电阻态,并将其超导体积分数提升到40%以上,可以确证超导电性。同时,南京大学的闻海虎团队、上海科技大学的齐彦鹏团队以及日本科学家团队,先后发现La4Ni3O10体系也可能存在高压超导电性,但体积分数都很低。2024年7月,复旦大学赵俊团队实现了La4Ni3O10体系的86%体积分数的超导,证实了该材料的超导电性。至此,镍基超导家族包含了三个成员:LaNiO2、La3Ni2O7、La4Ni3O10,其中La可以替换成其他稀土金属元素。
镍氧化物材料具有非常类似铜氧化物的材料结构,同时Ni元素在周期表中与Cu、Fe临近,参与超导的电子主要是d轨道电子。大家普遍认为,它们具有相似的电子态,也就意味着其超导机理存在某些共性。尽管后来的研究表明,镍氧化物超导主要是层间的d轨道配对,与铜氧化物的层内d轨道配对不同,但也给高温超导机理的研究带来了更多的启示。
问:科学家会通过哪些方法寻找新型高温超导体?
罗会仟:探索新型高温超导有很多可供参考的思路。
1、借助超高压力,生成常压下无法得到的材料新结构,其中含氢较多的材料都有可能是室温超导体。这个思路从2015年至今都在不断尝试,也确实是找到了许多特别高温度的超导体,如260K超导体LaH10。
2、从现有的超导体微观机制出发,研究哪些相互作用有助于提高超导温度,然后重新设计构造新的材料,在多种相互作用帮助下一起提高临界温度。
3、跳出三维材料的思维框架,在二维材料或者二维界面里寻找复合材料结构下的室温超导,或者在一维世界里重新组装原子积木。
4、借助现在AI的超强算力,通过各种已知超导材料物性的庞大数据库来开展训练,即便在超导机制不明的情况下,也可以帮助我们预测出新的超导体,甚至是室温超导体。这个依赖于数据库的准确性,和AI的可靠性,目前科学家们的行动刚刚开始,已有一些进展,但很遗憾都不是室温超导。
专家:罗会仟 中国科学院物理研究所研究员
出品:科普中国X新华网
【纠错】(责任编辑:焦点)
-
据中央纪委国家监委网站18日消息,教育部原党组副书记、副部长杜玉波涉嫌严重违纪违法,目前正接受中央纪委国家监委纪律审查和监察调查。杜玉波 资料图 公开资料显示,杜玉波出生于1955年9月生,河北 ...[详细]
-
俄“硬核军事展览”开幕,现场“人山人海” 超30辆被缴北约装备参展
当地时间5月1日,一场名为“俄罗斯军队奖杯”Trophies of the Russian Army)的露天军事装备展览在莫斯科胜利公园开幕。这场展览将持续一个月,展示俄罗斯在俄乌战场上缴获的超30辆 ...[详细] -
软银领投、英伟达参与,英国自动驾驶公司Wayve融资10.5亿美元
近日,英国AI自动驾驶初创企业Wayve完成了10.5亿美元融资,为其将自动驾驶技术推向汽车市场再添重要助力。这是欧洲AI初创企业有史以来获得的最大一笔融资,英国首相苏纳克也盛赞此笔融资彰显了英国在人 ...[详细] -
华为合作伙伴车载光场屏上市:3 米距离可呈现 40 英寸画面
IT之家 5 月 7 日消息,华为乾崑IT之家备注读音:kūn)是华为在智能汽车解决方案新品发布会上推出的全新品牌,主推乾崑智能汽车解决方案,覆盖芯片、硬件、软件、云端等内容。华为在该发布会上表示,光 ...[详细] -
00:17近期英美高层炒作乌克兰将能够使用西方远程武器打击俄罗斯腹地。俄外长拉夫罗夫9月12日称西方早已解除对乌克兰使用其远程武器攻击俄领土的限制,现在是试图在公开场合美化这一决定。据《卫报》报道英, ...[详细]
-
国家卫健委:构建公立医院高质量发展新体系 跨省跨区域就医大幅下降
国家卫生健康委今天7日)举行新闻发布会,介绍推动公立医院高质量发展有关情况。国家卫生健康委体改司一级巡视员朱洪彪介绍,国家卫生健康委会同有关部门积极推动公立医院高质量发展,构建公立医院高质量发展新体系 ...[详细] -
锂矿天齐锂业一季度“变脸”巨亏近39亿元,创始人女儿接任董事长
记者|赵阳戈天齐锂业002466.SZ)业绩近年大幅萎缩。2022年净利润241.25亿元,2023年净利润72.97亿元,到了2024年一季度就出现了38.97亿元的亏损,同比下滑了179.93%。 ...[详细] -
财联社5月7日讯编辑 黄君芝)媒体周一援引知情人士的话报道称,美国电动汽车制造商特斯拉开启了新一轮的裁员行动,这次对准的是软件、服务和工程部门。据知情人士透露,特斯拉的部分员工在上周末收到了电子邮件, ...[详细]
-
新华社沈阳9月16日电记者丁非白、洪可润)记者从中国铁路沈阳局集团有限公司获悉,今年中秋小长假,客流呈现出旅游流、学生流、探亲流高度叠加的特点。国铁沈阳局精准投放运力,增开夜间北京方向高铁临客24对, ...[详细]
-
来源:央视新闻客户端据日本广播协会NHK)5月3日报道,日本制铁公司当天发布的消息称,该公司收购美国钢铁公司的计划,将推迟至今年12月之前完成。日本制铁公司原计划于今年9月之前完成对美国钢铁公司的收购 ...[详细]