薛其坤—陳卓昱團(tuán)隊(duì)等創(chuàng)制出兩種新型常壓鎳基氧化物超導(dǎo)材料

記者9日從南方科技大學(xué)獲悉，該校量子功能材料全國(guó)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室和物理系、粵港澳大灣區(qū)量子科學(xué)中心、清華大學(xué)薛其坤—陳卓昱團(tuán)隊(duì)，與中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)沈大偉團(tuán)隊(duì)等合作，在極端氧化條件下通過人工設(shè)計(jì)原子堆疊序列，創(chuàng)制出單層—雙層超結(jié)構(gòu)和雙層—三層超結(jié)構(gòu)兩種新型常壓鎳基氧化物超導(dǎo)材料。相關(guān)研究成果8日發(fā)表在國(guó)際期刊《自然》上。

高溫超導(dǎo)是凝聚態(tài)物理領(lǐng)域最重要的研究前沿之一。繼銅基和鐵基高溫超導(dǎo)體之后，鎳基材料被認(rèn)為是有希望揭示高溫超導(dǎo)機(jī)理的第三類體系。然而，鎳基超導(dǎo)材料的合成與控制所必需的高度氧化狀態(tài)，與實(shí)現(xiàn)晶格穩(wěn)定生長(zhǎng)之間存在熱力學(xué)沖突。

研究團(tuán)隊(duì)自主研發(fā)的“強(qiáng)氧化原子逐層外延”技術(shù)，開辟出一個(gè)極端非平衡的生長(zhǎng)區(qū)間，使薄膜在生長(zhǎng)過程中一步完成結(jié)構(gòu)構(gòu)建與充分氧化。

基于該技術(shù)，研究團(tuán)隊(duì)按照人工設(shè)計(jì)的原子堆疊藍(lán)圖，精確合成出單層—雙層超結(jié)構(gòu)、單層—三層超結(jié)構(gòu)和雙層—三層超結(jié)構(gòu)三種全新的鎳基超結(jié)構(gòu)材料，并發(fā)現(xiàn)單層—雙層超結(jié)構(gòu)和雙層—三層超結(jié)構(gòu)在常壓下可實(shí)現(xiàn)高溫超導(dǎo)，起始轉(zhuǎn)變溫度分別達(dá)到50開爾文（K）和46K，均突破傳統(tǒng)超導(dǎo)理論中的“麥克米蘭極限”，而單層—三層超結(jié)構(gòu)僅呈現(xiàn)金屬性。

而后，研究團(tuán)隊(duì)將原子級(jí)精準(zhǔn)的結(jié)構(gòu)控制與角分辨光電子能譜相結(jié)合，對(duì)不同堆疊結(jié)構(gòu)的鎳基氧化物薄膜進(jìn)行系統(tǒng)比較后發(fā)現(xiàn)，在超導(dǎo)結(jié)構(gòu)中，布里淵區(qū)頂角附近均存在一個(gè)被稱為γ能帶形成的費(fèi)米口袋；而在不超導(dǎo)結(jié)構(gòu)中，這一γ能帶則未能形成費(fèi)米口袋。

據(jù)悉，這一發(fā)現(xiàn)從實(shí)驗(yàn)上表明了原子堆疊構(gòu)型、電子能帶與超導(dǎo)電性之間的關(guān)聯(lián)，可識(shí)別出決定超導(dǎo)發(fā)生與否的“電子基因”，為揭示鎳基高溫超導(dǎo)的微觀機(jī)制提供了明確的實(shí)驗(yàn)證據(jù)。

來源: 科技日?qǐng)?bào)