科学家首次报道氧化镍材料的超导性学术资讯

科学家们利用化学方法移除了一层氧原子，将材料转化为镍酸盐。这种物质表现出了超导特性。

科学家们先用锶掺杂钙钛矿，然后用化学物质“剔除”氧原子层，使其原子结构发生翻转，形成具备超导性的镍酸盐材料。

正文phys.org网站8月28日报道，美国能源部SLAC国家加速器实验室和斯坦福大学的科学家们制造了第一种具有明显超导特性的氧化镍材料。该材料是一种极具潜质的非常规超导体，它与铜酸盐超导体比较类似。自1986年发现铜酸盐超导体以来，科学家们一直希望能用它彻底改变电子设备和电力传输技术。镍酸盐和铜酸盐的相似之处为科学家们点亮了新的“思维火光”：镍酸盐是否也能实现高温超导？但镍酸盐与铜酸盐也有显著不同点。例如镍酸盐具备的磁性种类与铜酸盐差异很大。这可能会推翻关于非传统超导体工作机制的主导理论。斯坦福材料与能源科学研究所的博士后研究员Danfeng Li领导了相关研究，并在《自然》杂志发布研究成果。英属哥伦比亚大学物理与化学教授George Sawatzky为Li等的论文撰写的评论文章认为：“这是一个非常重大的发现。我们需要重新思考这些超导材料的电子结构和超导机制。学界将投入大量人力和精力到这类新材料的研究中，各种实验和理论工作将逐步完善。”

自从科学家们发现铜基超导体以来，他们就一直希望能用铜在元素周期表上的“邻居”镍制造出类似的氧化物材料。然而，镍基超导体的制造却出乎意料的困难。Li说：“据我们所知，镍酸盐在高温下（约600摄氏度）是不稳定的。因此我们需要找到一种能在高温下稳定生长，然后在低温下转变成期望结构的材料。”

Li等选择从具有独特双金字塔原子结构的钙钛矿材料出发，以锶进行掺杂，增强其电子自由流动性。掺杂过程使电子脱离镍原子，留下空穴，镍原子对此“有点不太开心”——材料开始变得不稳定，这使得下一步的表面成膜极具挑战性。Li等花费了大约半年的时间才完成这个工作。

薄膜形成后，Li将其切割成小块，然后用铝箔包裹起来并用某种化学物质进行密封。化学物质剥除了薄膜上的氧原子，使其具有了全新的原子结构：掺锶的镍酸盐。进一步的测试表明，镍酸盐的超导温度为9~15开尔文，虽然温度仍然很低，但高温超导的可能性已经具备。

SLAC和斯坦福大学教授Harold Hwang认为，镍酸盐材料的研究还处于初级阶段，还有很多工作需要继续完善。他说，科学家们希望改变镍酸盐的掺杂方式，以了解新材料在不同温度下的超导性是如何受到影响的，进而确定其他镍基超导材料。此外，新材料的特殊磁性结构与超导性之间的关系也是研究人员关注的重点之一。

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编译：雷鑫宇

审稿：阿淼

责编：唐林芳

期刊来源：《自然》

期刊编号：0028-0836

原文链接：

https://phys.org/news/2019-08-superconductivity-nickel-oxide-material.html