物理所發(fā)現(xiàn)一類(lèi)不同尋常的銅基高溫超導(dǎo)新材料
2023/04/19
最近，中國(guó)科學(xué)院物理研究所極端條件物理重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室靳常青研究員指導(dǎo)博士生李文敏，利用高溫高壓技術(shù)(18GPa,1000℃)制備發(fā)現(xiàn)了一類(lèi)全新的銅基超導(dǎo)材料Ba2CuO4-y。
Ba2CuO4-y是目前唯一呈現(xiàn)壓縮型銅氧局域配位的銅基超導(dǎo)材料。對(duì)于壓縮型配位構(gòu)型，銅的3d 3z2-r2軌道將位于x2-y2軌道之上，顯著有別于“傳統(tǒng)”拉伸型配位的軌道序。X射線吸收譜實(shí)驗(yàn)表明，Ba2CuO4-y超導(dǎo)體處于超過(guò)摻雜區(qū)，對(duì)應(yīng)“傳統(tǒng)”銅基超導(dǎo)體的非超導(dǎo)相區(qū)?，F(xiàn)有主流理論認(rèn)為，壓縮型配位構(gòu)型、超過(guò)摻雜載流子濃度、以及可能的特殊的面內(nèi)結(jié)構(gòu)都不利于超導(dǎo)，Ba2CuO4-y仍然表現(xiàn)出了具有高達(dá)73K的超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度。與基本晶體結(jié)構(gòu)相同，具有正常軌道序的La2CuO4體系相比，Ba2CuO4-y的Tc提高了80%以上。這些實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象表明，不同于以往傳統(tǒng)類(lèi)型，Ba2CuO4-y屬于一類(lèi)全新的銅基超導(dǎo)材料。以上工作近期發(fā)表在美國(guó)科學(xué)院院刊上(W. M. Li et al. Proceedings of the National Academy of Sciences 116, 12156 (2019))。
美國(guó)科學(xué)院院士、巴丁獎(jiǎng)得主，著名超導(dǎo)理論專(zhuān)家Scalapino教授以“高溫超導(dǎo)家族不同分支”("A different branch of the high Tc family")為題，在同期撰寫(xiě)專(zhuān)題評(píng)介(這個(gè)材料具有短的頂角氧距離和超過(guò)摻雜以等特性，意味著它屬于銅基高溫超導(dǎo)材料不同分支，對(duì)現(xiàn)有眾多高溫超導(dǎo)機(jī)制提出挑戰(zhàn)：Nevertheless, the remarkably high Tc of this highly overdoped cuprate with its short Cu apical O separation and its O vacancies in the CuO2 plane suggest that it is a member of a different branch of high Tc cuprate materials, which challenges the basic tenants of many high Tc theories)。
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靳常青研究員團(tuán)隊(duì)與合作者長(zhǎng)期開(kāi)展銅基超導(dǎo)材料新結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與高壓合成。運(yùn)用高壓高溫制備技術(shù)，他們相繼發(fā)現(xiàn)了“銅系”(Physica C 223, 238 (1994); Phys. Rev. B 61,778 (2000)); 中國(guó)科學(xué)48, 87405 (2018))、“頂角氧”摻雜系(Nature 375, 301 (1995); Phys. Rev. B 74 , 100506(R) (2006); Phys. Rev. B 80, 94523 (2009)(Editor's Suggestion))等具有新結(jié)構(gòu)的銅基超導(dǎo)材料體系。其中“銅系”超導(dǎo)材料的Tc可高達(dá)118K，并入選“科學(xué)通報(bào)”紀(jì)念液氮溫區(qū)超導(dǎo)材料發(fā)現(xiàn)30周年紀(jì)念專(zhuān)輯的封面(科學(xué)通報(bào) 62, 3947 (2017))。我們祝賀靳老師團(tuán)隊(duì)對(duì)銅基超導(dǎo)材料Ba2CuO4-y的最新發(fā)現(xiàn)，期待他們利用高溫高壓技術(shù)制備出更多的新型超導(dǎo)材料，在超導(dǎo)機(jī)制研究中取得更多的突破。
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