高壓輸運(yùn)性質(zhì)測(cè)量組裝示意圖及其不同壓力超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度的變化

  實(shí)現(xiàn)高溫、室溫超導(dǎo)是超導(dǎo)學(xué)術(shù)界和工業(yè)界夢(mèng)寐以求的圣杯。借助高壓技術(shù)，創(chuàng)紀(jì)錄的超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度165 K和203 K先后在銅氧化物和硫化氫上得以實(shí)現(xiàn)。但遺憾的是，壓力誘導(dǎo)的超導(dǎo)現(xiàn)象隨著壓力的卸載一起消失或回到了初始的狀態(tài)。北京高壓科學(xué)研究中心的陳斌研究員帶領(lǐng)的團(tuán)隊(duì)首次在二維材料硒化銦發(fā)現(xiàn)了卸壓致超導(dǎo)增強(qiáng)的現(xiàn)象。該結(jié)果于7月10日發(fā)表在著名國(guó)際材料學(xué)術(shù)期刊《Advanced Materials》上。

  如何保留高壓誘導(dǎo)的超導(dǎo)現(xiàn)象到室壓條件下是一個(gè)長(zhǎng)期存在的難題。只有把壓力誘導(dǎo)的超導(dǎo)，高溫超導(dǎo)現(xiàn)象保留到室壓條件才能實(shí)現(xiàn)其實(shí)際意義上的應(yīng)用。

  對(duì)于此類課題的研究，北京高壓科學(xué)研究中心的陳斌研究員帶領(lǐng)的國(guó)際合作小組選擇二維材料硒化銦為研究對(duì)象。“首先，層狀材料的電子結(jié)構(gòu)可以通過(guò)施加壓力進(jìn)行調(diào)控，并且壓力調(diào)控獲得的特性通常可以維持到較低的壓力條件，這有利于將高壓誘導(dǎo)的超導(dǎo)現(xiàn)象保存至低壓甚至室壓條件下”, 陳斌研究員解釋。

  “另外，硒化銦對(duì)外界環(huán)境非常敏感，可通過(guò)改變外界環(huán)境實(shí)現(xiàn)其不同電子態(tài)間的轉(zhuǎn)換，這有利于我們通過(guò)壓力調(diào)控獲得需要的超導(dǎo)電子態(tài)。再者，在硒化銦中，壓力誘導(dǎo)的二維到三維的結(jié)構(gòu)相變與其他二維材料不同，暗示著其電子結(jié)構(gòu)在壓力下的演化行為也與其他的層狀過(guò)渡金屬硫化物不相同，因而出現(xiàn)與過(guò)渡金屬硫化物完全不同的超導(dǎo)現(xiàn)象”，本研究的主要完成者柯峰博士補(bǔ)充到。

  在二維材料硒化銦中，該研究團(tuán)隊(duì)驚奇地發(fā)現(xiàn)了壓力誘導(dǎo)的超導(dǎo)行為在降壓過(guò)程中反而增強(qiáng)的現(xiàn)象，超導(dǎo)溫度比升壓過(guò)程中的高了近一倍，并且維持到了很低的壓力。

  該研究的重要意義在于，這是首次在卸壓過(guò)程中發(fā)現(xiàn)超導(dǎo)增強(qiáng)的現(xiàn)象，在通常的壓力誘導(dǎo)的超導(dǎo)現(xiàn)象中，超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度會(huì)伴隨壓力的卸除而逐漸消失。“這一工作表明合適地選擇材料，高壓誘導(dǎo)的高溫超導(dǎo)現(xiàn)象可以保持至低壓甚至室壓條件下，使高壓超導(dǎo)的應(yīng)用成為可能”，陳斌研究員說(shuō)到。

  “雖然還有很多深入的研究等著我們?nèi)グl(fā)掘，這個(gè)研究至少是我們邁向室溫超導(dǎo)的一個(gè)開(kāi)始。我們相信在二維材料中有更多的驚喜等待著我們”，陳斌研究員補(bǔ)充到。

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責(zé)任編輯：殷鵬飛

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