镍酸盐薄膜在高压下实现超导性的新方法

来自 实验室仪器网

多年来，研究人员认为超导体只能存在于非常低的温度下，比绝对零度（-273°C）高几度。然后，在1986年，研究人员发现一些材料在更高的温度下变成超导体。这些材料含有铜和氧，称为铜酸盐。一些铜酸盐在相对较高的-140°C温度下变成超导体。这一发现表明室温下的超导性可能触手可及。近年来，研究人员开始研究在高压下制造时成为超导体的材料。他们发现，在高压下，一种镍基材料La3镍2O7，是一种温度与铜酸盐相当的超导体。然而，如果这种材料不处于高压下，在任何温度下都是不良导体。所需的高压对于技术应用来说是不切实际的。然而，如果科学家们了解为什么高压会引起超导，他们可能会开启一条通往室温超导的途径。研究人员现在发现，种植La3镍2O7在支撑材料上以压缩膜的形式模仿高压的影响。这将材料在环境压力下变成超导体，这是向室温超导体迈出的一大步。

研究人员知道高压和高温超导之间存在联系，但他们很难理解这种机制。这是因为高压是通过在由两颗金刚石推在一起制成的笨重单元中挤压材料来实现的。该装置使研究高压超导体变得非常具有挑战性。如果研究人员能够在室压下稳定超导体，就不再需要金刚石电池。这使得研究人员能够使用一整套先进工具来研究超导体的特性并揭示其微观机制。这将加速对高温超导的理解，推动科学家走向无损电线和量子计算机等变革性应用。

研究人员最近发现，一种新的镍酸盐材料La3镍2O7，成为高压下转变温度（Tc）接近80K（-193.15°C）的超导体。尽管进行了大量的理论和实验工作，但极端压力的要求限制了许多实验探针的使用，并限制了理解超导性质的进展。

现在，研究人员在拉3镍2O7在环境压力下。环境压力下的超导性是通过在基材上以薄膜形式生长镍来实现的。当自己排列在基板上时，镍酸盐的原子与基板表面的原子结合。当底物原子的间距比镍酸盐中的原子更近时，镍酸盐在其底部被挤压。这种效应称为压缩侧向应变。横向应变与金刚石砧座单元施加的外部压力不同，因为后者作用在各个方向。研究人员首次惊讶地发现，横向应变可以有效稳定超导性。镍酸盐薄膜中的超导性弱于在外部压力下获得的超导性，因为薄膜很难形成具有高度的晶体完美度。同时，这也表明还有改进的空间。研究人员现在专注于提高薄膜结晶度的方法，从而提高其性能。这项工作将阐明原子间距在实现室压超导性中的作用，并将加速对这些新的、令人着迷的超导体的研究。这项研究的部分内容是在SLAC的斯坦福同步辐射光源进行的，该光源是能源部科学办公室用户设施。

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