无限层镍超导体的相图

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2021年1月26日

新加坡国立大学物理学家已经开发了一种方法来诱导镍酸稀土从其天然钙钛矿形式过渡到无限层结构。这使他们能够建立一个完整的镍酸盐超导体相图。

超导体是一种材料系统，当其温度低于“临界温度”(即超导过渡温度)时，可以以零电阻导电T_c．传统超导体通常有T_c低于根据Bardeen-Cooper-Schrieffer (BCS)理论预测的30 K(比室温低268度)。这限制了超导器件在我们日常生活中的使用。几十年来，研究人员一直在努力推动这一研究T_c通过合成新材料提高。欧洲杯足球竞彩理解物理机制也很重要。

所谓的高温超导化合物含有铜氧化物层(称为铜酸盐)，与T_c高于BCS极限，随后高于液氮的沸点(77k)，这是在80年代末发现的。从那以后,T_c虽然已经取得了重要的研究成果，但高T_c超导性仍然是个谜。一个新的超导系列具有类似的晶体和电子结构的铜是在寻找潜在更高的途径之一T_c欧洲杯足球竞彩并了解其内在机理T_c超导性。

最近，研究人员发现镍酸稀土化合物(类似于铜酸盐)中存在超导性。研究这种铜酸盐模拟物可能会使人们更好地理解高温超导性，并有可能更高地预测、设计和合成T_c超导体。然而，很明显，镍酸盐超导体的生产比最初想象的更具挑战性。9个月后，新加坡国立大学物理系的阿里安多教授领导的研究小组首次重现了这一结果。更重要的是，他们成功地发展了镍酸盐超导体的相图。

为了实现这一目标，ARIANDO教授的团队开发了一种拓扑还原技术来转化镍酸稀土(NdNiO)薄膜₂)从其通常的钙钛矿晶体形式转变为一种新的掺杂结构形式，称为无限层结构。在这种材料中，当镍酸盐掺杂锶杂质时，超导性就产生了，它以无限层结构形式存在。该技术使研究小组能够研究超导性作为掺杂的功能。他们构建了这种材料系统的相图，并发现了超导圆顶区(掺杂相关)的存在T_c)和圆顶侧面的弱绝缘区域(见图)。

在他们的实验中，研究人员使用脉冲激光沉积技术合成了sr掺杂的镍酸盐Nd_{1 - x}老_xNiO_3.钛酸锶(SrTiO)薄膜_3.)基质。生长的薄膜，连同一种试剂，氢化钙(CaH₂)，置于真空室中诱导还原反应。在还原过程中，NiO中的顶端氧原子₆正八面体。这就产生了钙钛矿Nd_{1 - x}老_xNiO_3.转化成无限层Nd_{1 - x}老_xNiO₂．研究人员应用不同水平的Sr掺杂浓度，发现超导性出现在无限层Nd_{1 - x}老_xNiO₂当Sr组分在x = 0.135 ~ 0.235之间时。这就形成了一个超导圆顶区域。更有趣的是，他们发现除了超导区域，在低温下还可以观察到弱绝缘行为。这种独特的行为不同于其他的高-T_c材料系统，如铜。

Ariando教授说:“通过引入适当的杂质到绝缘母体化合物中，镍酸盐材料系统可以表现出高-T_c超导性。我们的发现可以为更好地理解这些材料系统中掺杂依赖的性质提供进一步的见解，并寻找“镍族”中的其他超导材料。欧洲杯足球竞彩

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.欧洲杯线上买球science.nus.edu.sg/