相图无限层镍超导体

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2021年1月26日

新加坡国立大学物理学家们已经开发出一种方法诱导的过渡从本国稀土nickelate钙钛矿infinite-layer结构形式。这允许他们构建一个完整的相图nickelate超导体。

超导体是一个物质系统,能进行电流零电阻温度低于临界温度”时,称为超导转变温度T_c。常规超导体通常有一个T_c低于约30 K的极限(268度低于室温)预测基于Bardeen-Cooper-Schrieffer (BCS)理论。这限制了使用超导设备在我们的日常生活中。几十年来,研究人员一直在努力推动T_c更高的合成新材料。亚博网站下载同样重要的是要理解的物理机制。

所谓的高温超导化合物含有铜氧化层(称为铜酸盐)T_c以上BCS极限,随后液态氮的沸点(77 K),在80年代末被发现。从那以后,T_c一直停滞不前,虽然取得了重要的研究成果,高的起源和机制-T_c超导性仍然是一个谜。一个新的超导家庭与一个类似的水晶和电子结构的铜酸盐是一种路径搜索可能更高T_c亚博网站下载材料和高的理解底层机制T_c超导性。

最近,研究人员发现稀土nickelate超导化合物的存在,一个模拟的铜酸盐。研究这个铜酸盐模拟可能导致更好的理解高温超导、预测的可能性,设计和合成更高T_c超导体。然而,很明显,nickelate超导体比最初想象的更具挑战性的产生。这个发现,9个月后ARIANDO教授领导的研究小组从物理系,新加坡国立大学,成为第一组复制这个结果。更重要的是,他们成功地开发了nickelate超导体的相图。

为了达到这个目标,ARIANDO教授的研究小组开发了一种topotactic还原技术将薄膜稀土nickelate (NdNiO₂)从它通常掺钙钛矿晶体形成新的结构形式,称为infinite-layer结构。出现在这个材料,超导当nickelate复合掺杂锶(Sr)杂质和它存在于infinite-layer结构形式。这项技术允许研究小组研究超导作为掺杂的函数。他们建造这种材料系统的相图,发现超导圆顶的区域(兴奋剂依赖T_c)和弱侧绝缘政权的圆顶(见图)。

在他们的实验中,研究人员利用脉冲激光沉积技术合成Sr-doped nickelate Nd_{1 - x}老_xNiO₃钛酸锶薄膜(SrTiO₃)基质。成熟的薄膜,连同试剂,氢化钙(CaH)₂),放入真空室诱导还原反应。在还原过程中,顶端NiO的氧原子₆正八面体。这将导致钙钛矿Nd_{1 - x}老_xNiO₃转变成infinite-layer Nd_{1 - x}老_xNiO₂。研究人员应用不同级别的Sr掺杂浓度,发现超导infinite-layer Nd的出现_{1 - x}老_xNiO₂当Sr组合是x = 0.135和0.235之间。这形成一个超导块地区。更有趣的是,他们发现,除了超导地区弱绝缘在低温下可以观察到的行为。这种独特的行为不同于其他高收入T_c材料系统,如铜酸盐。

Ariando教授说,“通过引入合适的绝缘母体化合物杂质,nickelate材料系统可以表现出高T_c超导性。为了更好地理解我们的研究结果可以提供更深入的洞察doping-dependent属性在这些材料系统和搜索其他超导材料的“家庭”镍”。亚博网站下载

参考

曾西南;唐CS;阴X;李CJ;黄Z;胡JX;刘W;奥马尔GJ;贾尼H;Lim z; Han K; Wan DY; Yang P; Wee ATS; Ariando A*, “Phase diagram and superconducting dome of infinite-layer Nd1−xSrxNiO2 thin films” PHYSICAL REVIEW LETTERS Volume: 125 Page: 147003 DOI: 10.1103/PhysRevLett.125.147003 Published 2020.

来源:https://www.亚博老虎机网登录science.nus.edu.sg/