美國(guó)能源部SLAC國(guó)家加速器實(shí)驗(yàn)室和斯坦福大學(xué)科學(xué)家已經(jīng)制造出：第一種顯示出明顯超導(dǎo)跡象的氧化鎳材料，超導(dǎo)即無(wú)損耗地傳輸電流的能力。

這也被稱為鎳酸鹽，是一個(gè)潛在非常規(guī)超導(dǎo)體家族中的第一個(gè)，它與氧化銅或銅酸鹽非常相似，給1986年的發(fā)現(xiàn)帶來(lái)了希望，即超導(dǎo)體有朝一日可以在接近室溫的條件下運(yùn)行，并使電子設(shè)備、電力傳輸和其他技術(shù)發(fā)生革命性變化。

這些相似之處讓科學(xué)家們懷疑鎳鹽是否也可以在相對(duì)較高的溫度下?lián)碛谐瑢?dǎo)能力。與此同時(shí)，這種新材料似乎在根本上不同于銅酸鹽，例如它可能不包含所有超導(dǎo)銅酸鹽都具有的一種磁性，這可能會(huì)顛覆關(guān)于這些非常規(guī)超導(dǎo)體如何工作的領(lǐng)先理論。經(jīng)過(guò)三十多年的研究，還沒(méi)有人能確定這一點(diǎn)。該實(shí)驗(yàn)由SLAC斯坦福大學(xué)材料與能源科學(xué)研究所的博士后研究員李丹峰（音譯）領(lǐng)導(dǎo)，其研究成果發(fā)表在《自然》期刊上。

艱難的研究

不列顛哥倫比亞大學(xué)物理化學(xué)教授喬治·薩瓦茨基表示：這是一個(gè)非常重要的發(fā)現(xiàn)，需要我們重新思考這些材料中電子結(jié)構(gòu)的細(xì)節(jié)和可能的超導(dǎo)機(jī)制。這將促使很多人投入到研究這類新材料中來(lái)，各種實(shí)驗(yàn)和理論工作都將完成。自從發(fā)現(xiàn)銅酸鹽超導(dǎo)體以來(lái)，科學(xué)家們一直夢(mèng)想著以鎳為基礎(chǔ)制造類似的氧化物材料，鎳在元素周期表中正好與銅相鄰。但是制造具有有利于超導(dǎo)原子結(jié)構(gòu)的鎳酸鹽卻出人意料地困難。

據(jù)目前所知，本研究試圖制造的鎳酸鹽，這些材料通常需要非常高的溫度（大約600攝氏度）下不穩(wěn)定。因此，需要從能夠在高溫下穩(wěn)定生長(zhǎng)的東西開(kāi)始，然后在較低的溫度下將其轉(zhuǎn)化為我們想要的形式。研究人員從一種鈣鈦礦開(kāi)始（這是一種由其獨(dú)特雙金字塔原子結(jié)構(gòu)定義的材料）其中含有釹、鎳和氧。然后，通過(guò)添加鍶來(lái)?yè)诫s鈣鈦礦；這是一個(gè)常見(jiàn)的過(guò)程，向材料中添加化學(xué)物質(zhì)，使其更多的電子自由流動(dòng)。這偷走了鎳原子的電子，留下了空洞，鎳原子對(duì)此很不高興。

這種材料現(xiàn)在不穩(wěn)定，使得下一步（在表面上生長(zhǎng)一層薄膜）真的很有挑戰(zhàn)性；研究人員花了半年時(shí)間才讓它發(fā)揮作用。完成后，將膠片切成小塊，松散地用鋁箔包裹，然后用一種化學(xué)物質(zhì)將其密封在試管中，這種化學(xué)物質(zhì)巧妙地奪走了一層氧原子：就像從搖搖欲墜的堆疊積木塔中取出一根棍子一樣。這使薄膜變成了一種全新的原子結(jié)構(gòu)：摻鍶鎳酸鹽。這些步驟中的每一個(gè)之前都已經(jīng)演示過(guò)了，但不是在這個(gè)組合中。

進(jìn)一步的測(cè)試將揭示，鎳酸鹽確實(shí)是在9-15開(kāi)爾文的溫度范圍內(nèi)具有超導(dǎo)性，但這是第一個(gè)開(kāi)始，未來(lái)可能會(huì)出現(xiàn)更高的溫度。SIMES研究員、SLAC和斯坦福大學(xué)教授、該報(bào)告的資深作者Harold Hwang表示：對(duì)這種新材料的研究處于“非常、非常早期的階段，還有很多工作要做。我們剛剛看到了第一個(gè)基本實(shí)驗(yàn)，現(xiàn)在需要做一系列的研究，這些研究仍然在對(duì)銅酸鹽進(jìn)行?？茖W(xué)家將希望以各種方式對(duì)鎳酸鹽材料進(jìn)行涂抹，以觀察這對(duì)其在一定溫度范圍內(nèi)的超導(dǎo)性有何影響，并確定其他鎳酸鹽是否可以成為超導(dǎo)體。

博科園｜研究/來(lái)自：SLAC國(guó)家加速器實(shí)驗(yàn)室

參考期刊《自然》

DOI: 10.1038/s41586-019-1496-5

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