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我國科學(xué)家發(fā)現(xiàn)全新高溫超導(dǎo)體
2023-07-14 09:15:34   稿件來源:人民網(wǎng)-人民日?qǐng)?bào)

 

7月12日,國際期刊《自然》刊登中山大學(xué)教授王猛團(tuán)隊(duì)主導(dǎo)的科學(xué)成果:首次發(fā)現(xiàn)一種在液氮溫區(qū)壓力下超導(dǎo)的鎳氧化物超導(dǎo)體。這是繼銅氧化物之后,科學(xué)家發(fā)現(xiàn)的第二種在液氮溫區(qū)超導(dǎo)的全新材料,也是我國科研人員在高溫超導(dǎo)領(lǐng)域取得的一項(xiàng)突破性成果,有望推動(dòng)破解高溫超導(dǎo)機(jī)理,使設(shè)計(jì)和預(yù)測(cè)高溫超導(dǎo)材料成為可能,實(shí)現(xiàn)更廣泛更大規(guī)模的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。

  “生長(zhǎng)這根幾厘米長(zhǎng)的料棒,我們花了兩年多的時(shí)間?!痹谥猩酱髮W(xué)物理學(xué)院實(shí)驗(yàn)室,王猛指著櫥柜里看似不起眼的黑色料棒說。

  這件高溫超導(dǎo)新材料單晶樣品,此前在王猛團(tuán)隊(duì)自主搭建的高壓實(shí)驗(yàn)研究平臺(tái)以及華南理工大學(xué)、中國科學(xué)院物理研究所、北京同步輻射裝置的實(shí)驗(yàn)研究中,已確定在壓力下轉(zhuǎn)變?yōu)橐旱獪貐^(qū)的高溫超導(dǎo)體,超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度高達(dá)80K(約零下192.15攝氏度)。理論方面,團(tuán)隊(duì)則與清華大學(xué)教授張廣銘、中山大學(xué)教授姚道新合作指出了一種導(dǎo)致高溫超導(dǎo)的可能因素。

  在此之前,銅氧化物是唯一在液氮溫區(qū)超導(dǎo)的固體材料。該成果在審稿階段于科研論文預(yù)印平臺(tái)公布后,即引起了凝聚態(tài)物理研究領(lǐng)域的關(guān)注,在國際上成為研究熱點(diǎn),在一個(gè)月左右的時(shí)間里已有10余篇相關(guān)理論和實(shí)驗(yàn)工作相繼公布。王猛團(tuán)隊(duì)的論文也得到了《自然》審稿人的高度評(píng)價(jià),認(rèn)為它“具有突出重要性”,是“開創(chuàng)性發(fā)現(xiàn)”。

  自1911年科學(xué)家首次發(fā)現(xiàn)汞的零電阻現(xiàn)象之后,人類在超導(dǎo)領(lǐng)域的研究已歷百年,但時(shí)至今日,這仍是一個(gè)充滿發(fā)現(xiàn)與挑戰(zhàn)的領(lǐng)域。超導(dǎo)材料具有零電阻、抗磁性,在醫(yī)療、電力、能源、交通、信息、量子計(jì)算、精密測(cè)量等方面已有重要應(yīng)用,比如地月距離高精度測(cè)量用的就是超導(dǎo)單光子探測(cè)技術(shù),量子計(jì)算用的是超導(dǎo)量子比特,以及醫(yī)院里常見的核磁共振成像儀等。但超導(dǎo)電性往往在40K以下的溫度發(fā)生,嚴(yán)重限制了超導(dǎo)材料的應(yīng)用。

  因此,科學(xué)家們不斷追求發(fā)現(xiàn)超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度進(jìn)入液氮溫區(qū)的超導(dǎo)材料。液氮廉價(jià)而易得,進(jìn)入液氮溫區(qū),意味著更容易達(dá)到超導(dǎo)條件,在應(yīng)用方面具有更大潛力。

  1986年,瑞士科學(xué)家率先發(fā)現(xiàn)一種在35K超導(dǎo)的銅氧化物,后經(jīng)多國科學(xué)家共同努力將超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度提高到了77K(即進(jìn)入液氮溫區(qū))以上。如今,新的高溫超導(dǎo)材料體系被中國科學(xué)家發(fā)現(xiàn),這為世界超導(dǎo)研究開辟了新領(lǐng)域。

  “科學(xué)家在銅氧化物超導(dǎo)電性研究中掌握了很多實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和規(guī)律,然而與高溫超導(dǎo)的因果關(guān)系無法確定。”張廣銘認(rèn)為,鎳氧化物超導(dǎo)體具有不同于銅氧高溫超導(dǎo)體的晶體結(jié)構(gòu)和電子結(jié)構(gòu),今后科學(xué)家可以在這一新的材料體系中進(jìn)行研究,使設(shè)計(jì)和預(yù)測(cè)高溫超導(dǎo)材料成為可能。

  “目前,該單晶樣品需要在14吉帕壓力下才能實(shí)現(xiàn)超導(dǎo),我們團(tuán)隊(duì)正在攻關(guān),希望生長(zhǎng)出在常壓下液氮溫區(qū)超導(dǎo)的鎳氧化物超導(dǎo)體?!蓖趺驼f。

         《 人民日?qǐng)?bào) 》( 2023年07月14日 13 版)本報(bào)記者 程遠(yuǎn)州