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物理所发现铜基高温超导新材料

时间:2019-08-13 17:13来源:未知 作者:admin 点击:

  铜氧化物低温超导体(简称铜基超导)是常压条件下迄今转变温度最高的超导资料体系,对它的宏观机制破解当选Science 125个严重迷信难题,目前仍然是凝聚态物质迷信最大的谜团和应战之一。因为铜基超导体很强的Jahn Teller效应和层间库伦作用,沿c方向的铜氧键长大于铜氧立体内的键长,招致根本电子构型的铜氧六配位八面体出现拉伸形态。关于拉伸型的配位构造,铜的3d x2–y2 轨道位于3z2-r2轨道之上,且和面内氧的2P轨道激烈杂化。这个图像形成对铜基超导资料意识的登程点(参阅:Keimer et al Nature 518, 179~186 (2015))。

  中国迷信院物理钻研所/北京凝聚态物理国度钻研中心极其条件物理重点试验室钻研员靳常青与协作者长期展开铜基超导资料新构造的设计和低压分解,钻研对象集中在铜和碱土氧化物体系,这是可以构成铜基超导根本构造的最简略化学组分。抉择这个简略组分的独到之处在于既可聚焦产生铜基超导的外围因素,又可逃避铜基超导资料在常压抑备需求的稀土、铋、汞等低廉和有毒元素,有助于新资料的进一步使用拓展。运用低压低温制备技术,他们相继发现了“铜系”(Physica C 223, 238 (1994); Phys. Rev. B 61, 778(2000)); 中国迷信48, 87405 (2018))、“顶角氧”掺杂系(Nature 375, 301(1995); Phys. Rev. B 74 , 100506(R) (2006); Phys. Rev. B 80, 94523 (2009)(Editor’s Suggestion))等具备新构造的铜基超导资料体系。其中“铜系”超导资料的Tc可高达118K,并当选《迷信通报》留念液氮温区超导资料发现30周年岁念专辑的封面(迷信通报 62, 3947(2017)),团队20余年围绕铜基超导新资料的零碎钻研在国内上已构成本人的特征。

  经过十万巴级超高氧压分解技术的翻新(MRS Advances 2, 2587 (2017)),靳常青指点钻研生李文敏制备发现了一类全新的超导资料Ba2CuO4-y。这是目前惟一出现紧缩型铜氧局域配位的铜基超导资料。关于紧缩型配位构型,铜的3d 3z2-r2轨道将位于x2-y2轨道之上,明显有别于“传统”拉伸型配位的轨道序。X射线排汇谱试验标明,Ba2CuO4-y超导体处于超越掺杂区,对应“传统”铜基超导体的非超导相区。现有支流实践以为,紧缩型配位构型、超越掺杂载流子浓度、以及可能的非凡的面内构造都不利于超导,Ba2CuO4-y依然体现出了具备高达73K的超导转变温度。与根本晶体构造相反,具备失常轨道序的La2CuO4体系相比,Ba2CuO4-y的Tc进步了80%以上。这些试验景象标明,不同于以往传统类型,Ba2CuO4-y属于一类全新的铜基超导资料。以上工作近期宣布在《美国国度迷信院院刊》上(W. M. Li et al. PNAS 116, 12156 (2019))。美国迷信院院士、巴丁奖得主,驰名超导实践专家Scalapino传授以《低温超导家族不同分支》(A different branch of the high Tc family)为题,在同期撰写专题评介。美国国度规范局传授Q.Z.Huang、德国马普物理化学钻研所传授Z.W.Hu、美国哥伦比亚大学传授Uemura在中子衍射、光电子排汇谱和uSR谱等试验表征上给予亲密协作,美国佛罗里达大学传授Stewart、日本东京大学传授Uchida参加了试验后果探讨;钻研工作失去国度严重研发方案和基金委严重国内协作名目的赞助。

物理所发现铜基高温超导新材料

  图1. 具备单层铜氧面构造的铜基超导资料的面内氧和顶角氧的铜氧键长、铜氧配位构型、铜的3d x2–y2和3z2-r2轨道绝对程序。其中La系、Bi系、Tl(Hg)系的顶角氧间隔大于面内铜氧键长,出现拉伸型铜氧六配位构型,招致3dx2-y2轨道居于3dz2轨道之上。Ba214的面内铜氧键长大于顶角氧间隔,构成目前惟一的紧缩型铜氧配位构型,招致3dz2轨道居于3dx2-y2轨道之上。

(责任编辑:小惠)

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