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科學家發現最高超導轉變溫度的元素超導體
文章來源:中國科學報     更新時間:2023-06-27 15:25:09
本報訊(記者王敏)中國科學院院士、中國科學技術大學教授陳仙輝團隊特任研究員應劍俊等人與南京大學教授孫建課題組合作,通過超高壓技術手段,發現元素鈧在高壓下具有高達36開爾文的超導轉變溫度,刷新了元素超導最高轉變溫度的紀錄。相關成果近日在線發表于《物理評論快報》。

元素超導體為研究超導電性提供了一個最簡單、最干凈的材料平臺。自從1911年荷蘭科學家昂尼斯在元素汞中發現超導電性以來,目前共有50多種元素在常壓或高壓環境下被發現具有超導電性。然而,大多數元素的超導轉變溫度都較低,之前最高的元素超導轉變溫度為26開爾文,是由元素鈦在高壓下實現的。

早期研究發現,元素鈧在壓力下會經歷4個結構相變。在23千兆帕以上,鈧的第一個結構相會轉變為第二個高壓結構相,并且鈧的第二個高壓結構相的超導轉變溫度在100千兆帕左右達到近20開爾文,其相對較高的超導轉變溫度被認為是電子逐漸從4s軌道向3d軌道轉移所致。早期受高壓實驗技術限制,元素鈧在更高壓力下的超導電性研究十分缺乏。

針對這一問題,應劍俊等人對元素鈧進行了超高壓下的輸運研究,確定了其高壓下的超導相圖。通過高壓電輸運測量發現鈧的第二個高壓結構相,超導轉變溫度隨壓力增加而迅速增加,與早期的報道一致。而在進入鈧的第三個高壓結構相后,超導轉變溫度隨壓力增加幾乎保持不變。當進入鈧的第四個高壓結構相后,超導轉變溫度隨壓力的增加繼續增加,最高達到28開爾文。當體系最終在高壓下進入鈧的第五個高壓結構相后,其超導轉變溫度突然提升到36開爾文,并且隨壓力保持變化。

研究團隊計算探索了高壓下超導轉變溫度大幅提升的物理來源。計算結果表明,鈧的第五個高壓結構相中d電子與中等頻率聲子之間的強耦合是導致其超導轉變溫度升高的最主要原因。

研究人員介紹,上述結果表明元素鈧在壓力下的超導轉變溫度與結構密切相關,為在簡單體系中尋找高溫超導材料提供了新思路。

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