界面新聞記者 | 高菁

中國超導研究又有新突破。

7月18日，復旦大學宣布，該校物理學系趙俊教授團隊利用高壓光學浮區(qū)技術(shù)，成功生長三層鎳氧化物La4Ni3O10高質(zhì)量單晶樣品，并證實了鎳氧化物中具有壓力誘導的體超導電性(bulk superconductivity)。

該研究成果在7月17日晚，以“Superconductivity in pressurized trilayer La4Ni3O10-δ single crystals”為題發(fā)表于最新一期的《自然》雜志上。

超導體是指在特定轉(zhuǎn)變溫度之下電阻為零且呈現(xiàn)完全抗磁性(即邁斯納效應)的材料，能廣泛應用于電力傳輸和儲能、醫(yī)學成像、磁懸浮列車、量子計算等領(lǐng)域。

根據(jù)實現(xiàn)溫度不同，超導體可分為低溫超導材料和高溫超導材料。

低溫超導材料通常需要借助4K(-269°C)的液氦來實現(xiàn)20K以下的環(huán)境，來實現(xiàn)超導電性。由于氦氣是稀有氣體，液化技術(shù)也很難，極大地限制了低溫超導材料的應用，科學家始終在探索更高溫度的超導體。

高溫超導材料所需的溫度相對來說要高得多，通?？梢赃_到40K(-233°C)以上，甚至可以高達-100°C以上。

鎳氧化物被認為是實現(xiàn)高溫超導電性的重要候選材料之一。但在鎳氧化物中實現(xiàn)超導電性需要十分苛刻的條件。

趙俊及團隊此次成功合成了高質(zhì)量三層鎳氧化物La4Ni3O10單晶樣品，并通過利用金剛石對頂砧技術(shù)，發(fā)現(xiàn)了La4Ni3O10壓力誘導的超導零電阻現(xiàn)象，在69 GPa壓力下，超導臨界溫度達到30K(-243.15°C)，且超導體積分數(shù)達到86%，意味著大部分材料都表現(xiàn)出了超導特性。

此外， 研究結(jié)果還表明了鎳氧化物超導可能與銅氧化物超導有著不同的層間耦合機制，為鎳氧化物超導電性機理的研究提供了重要見解。

趙俊表示，此次通過實現(xiàn)最終得出的超導體積分數(shù)與銅氧化物高溫超導體接近，證實了鎳氧化物的體超導電性。

一位業(yè)內(nèi)專家向界面新聞表示， 趙俊教授團隊此次的研究成果在超導領(lǐng)域是一個重要的進展 ，“他們發(fā)現(xiàn)的是一個全新的鎳基超導體，雖然仍需要高壓才能實現(xiàn)超導，但是證實超導組分很高，說明是體超導?！?/p>

去年7月，中山大學物理學院王猛教授團隊在《自然》雜志刊登了高溫超導材料的科學成果——首次發(fā)現(xiàn)液氮溫區(qū)鎳氧化物超導體。液氮溫區(qū)指的是溫度在液氮沸點附近的范圍，即約-196°C左右。

王猛教授團隊在具有雙層NiO2面結(jié)構(gòu)的鎳氧化物La3Ni2O7中發(fā)現(xiàn)了壓力誘導的高溫超導電性，超導臨界溫度達到80K(-193.15°C)。

這是繼中國科學家1980年代發(fā)現(xiàn)銅氧化物高溫超導體之后，人類發(fā)現(xiàn)的第二種液氮溫區(qū)非常規(guī)超導材料，也是在全球范圍內(nèi)首次發(fā)現(xiàn)的全新高溫超導體系。

但該材料的超導體積分數(shù)較低，難以形成體超導電性，即在一定的壓力條件下，材料的電阻降為零，并且表現(xiàn)出完全抗磁性。

超導體積分數(shù)是指在超導狀態(tài)下，材料中超導電流所占的體積比例，反映了材料中有多少部分能夠表現(xiàn)出超導特性。積分數(shù)越高，說明材料的超導性能越好。

“鎳氧化物單晶樣品的生長條件十分苛刻，需要在特定的高氧壓的環(huán)境中，保持高溫和尖銳的溫度梯度，才能實現(xiàn)單晶樣品的穩(wěn)定生長。由于成相的氧壓窗口很小，因此容易出現(xiàn)多種成分的鎳氧化物層狀共生的現(xiàn)象，且生長過程中極易出現(xiàn)大量頂點氧位置的缺陷，這可能是鎳氧化物超導含量低的原因?！壁w俊稱。

中國科學院物理研究所研究員羅會仟此前在接受界面新聞等媒體線上采訪時表示，全世界范圍內(nèi)，中國在超導基礎(chǔ)研究領(lǐng)域位于前列。

從商業(yè)化的角度看，羅會仟指出，中國科學家已經(jīng)做出了全球第一根百米級鐵基超導的線材，走向了實用化道路。近幾年，民營資本也投向高溫超導帶材應用領(lǐng)域，瞄準強磁場、可控核聚變、磁懸浮列車等。

“但材料從發(fā)現(xiàn)到應用，仍有很長的路要走。商業(yè)化路途中，還有很多根本問題需要克服，大規(guī)模應用還存在一定瓶頸。”羅會仟說。