首页 > 行业资讯 > 重大突破!中山大学开创性成果登上Nature!

重大突破!中山大学开创性成果登上Nature!

时间:2023-07-13 来源: 浏览:

重大突破!中山大学开创性成果登上Nature!

高分子科学前沿
高分子科学前沿

Polymer-science

「高分子科学前沿」关注高分子、材料、化学领域全球最新科研进展!坚持“有趣、有料、前沿”,入选“2018年度十大明星学术公众号”。关注我,为高分子行业点赞助力!投稿、荐稿、合作请联系邮箱:editor@polysci.cn

收录于合集

中国科学家发现镍基高温超导体,或彻底揭秘高温超导机理!
北京时间7月12日晚11点, 《Nature》 杂志以题“Signatures of superconductivity near 80 K in a nickelate under high pressure”发布了一项令人兴奋的科学发现。 中国科学家发现液氮温区镍氧化物超导体,有望破解高温超导机理。

这项研究工作由 中山大学物理学院的 王猛教授 领导完成 。中山大学物理学院的 孙华蕾副研究员 和 霍梦五博士研究生 是论文的共同第一作者, 王猛教授 和清华大学的 张广铭教授 是共同通讯作者。在实验方面, 王猛教授 团队得到了华南理工大学的 唐玲云 和 毛忠泉 ,中国科学院物理研究所的 程金光 团队,以及美国亚利桑那州立大学的博士生 韩艺丰 的支持。在理论方面,中山大学的 姚道新教授 和 博士研究生胡训武 进行了基于密度泛函理论的材料结构和能带计算,清华大学的 张广铭教授 提出了一个理解实验和计算结果的物理图像。

这是 全球范围内中国科学家首次发现的液氮温区非常规超导材料,代表着基础研究领域的一次突破 。这项发现有望推动高温超导机理的破解,让人们有可能设计和预测更多高温超导材料,实现更广泛、更大规模的产业化应用。

100多年前,科学家发现了特定低温下汞的电阻为零,这种现象被称为“超级导电”。超导材料因其绝对零电阻、完全抗磁性和宏观量子隧穿效应的特殊性质而备受关注,具有重要的科学和应用价值。自超导现象被发现以来,已经涌现出 5个与之相关的诺贝尔奖 。中国科学家在超导领域的突破也 两次获得国家自然科学一等奖 以及 一次国家最高科学技术奖 。

1986年,科学家首次发现了 铜氧化物超导材料,并随后将其超导温度提高到液氮温区 (77开尔文,即零下196摄氏度),由于液氮的廉价和易得,铜氧化物高温超导材料在信息技术、生物医学、科学仪器、电力、交通运输等领域得到了广泛应用。

2008年,日本科学家在一种铁砷基材料中发现了超导现象。随后, 中国科学家合成了多种铁砷材料,并将其块材超导温度提高到最高55K,推动了其应用,但未能进入液氮温区 。

铜氧化物至今仍然是唯一液氮温区非常规超导材料。“科学家在铜氧化物超导电性研究中积累了大量实验现象和规律,然而与高温超导机理之间的因果关系仍然无法确定。”清华大学教授张广铭表示, 高温超导机理至今未解,成为近40年来物理学领域最重要的科学问题之一。

典型超导材料

而这一次, 中国科学家首次在液氮温区发现了镍氧化物超导体,开辟了全新的超导研究领域,将引领超导研究的方向。 下图展示的正是本次发现的“新星”—— 高温超导新材料La₃Ni₂O₇单晶样品。这根看似普通的料棒,蕴含着团队多年的心血与努力。

镍氧化物La 3 Ni 2 O 7 单晶

具体而言,研究人员 通过高压电阻和互感磁化率测量观察了La 3 Ni 2 O 7 单晶的超导特征,最大Tc为80K,压力在14.0−43.5 GPa之间 。高压下的超导相呈现出 Fmmm 空间群的斜方结构 ,其中Ni阳离子的3d x 2 −y 2和3d z 2轨道与氧2p轨道强烈混合。密度泛函理论计算表明, 超导性的出现与费米能级下σ键带的金属化同时发生 ,该带由3d z 2轨道和连接Ni-O双层的顶氧组成。因此,该发现 不仅揭示了Ruddlesden-Popper双层钙钛矿镍盐中高温超导性的重要线索,而且还提供了一个新的化合物家族来研究高温超导机制 。

图 1. 加压La 3 Ni 2 O 7 的结构表征

图 2. La 3 Ni 2 O 7 在1.6和29.5 GPa下的密度泛函理论计算

图 3. La 3 Ni 2 O 7 单晶在压力下的超导转变

图 4. La 3 Ni 2 O 7 单晶高温超导相图

值得一提的是,La₃Ni₂O₇的生长条件极为苛刻,其平均价态为2.5价,超出了传统的Ni正2价稳定价态,而且氧压范围非常窄。 研究团队花了两年多的时间,才摸索出了生长条件,获得了高质量的单晶样品 。

然而,没有人能够预料到这种新材料是否能带来新的突破。高温超导研究一直缺乏成熟的理论指导,存在很大的不确定性。

王猛教授坚信:基础研究就是为了解锁未知,而未知充满了不确定性。没有人知道这个研究的终点在哪里。

幸运的是,这一次团队取得了成功 。他们在中山大学高压实验研究平台、华南理工大学、中国科学院物理研究所和北京同步辐射装置进行了一系列实验研究,很快确定了La₃Ni₂O₇在高压下转变为超导体,并且超导转变温度高达80K(开尔文),处于液氮温区。

王猛说, 接下来还将对铜氧化物和镍氧化物高温超导体的共性开展研究,进一步推动高温超导机理的解决 。“一旦明确机理,便可以借助人工智能等技术设计新的高温超导材料,有望使零损耗的超导输电、更为轻便的核磁共振成像仪等成为现实”。

--纤维素推荐--

--扫下方二维码即可报名--

--荐号--

来源:高分子科学前沿
声明:仅代表作者个人观点,作者水平有限,如有不科学之处,请在下方留言指正!

版权:如无特殊注明,文章转载自网络,侵权请联系cnmhg168#163.com删除!文件均为网友上传,仅供研究和学习使用,务必24小时内删除。
相关推荐