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近日，中國科學(xué)院物理研究所研究員程金光團隊、周睿團隊聯(lián)合國內(nèi)外多個研究團隊，充分發(fā)揮綜合極端條件實驗裝置（SECUF）獨特實驗測量技術(shù)的優(yōu)勢，在La₂PrNi₂O₇多晶樣品中同時提供了高壓下實現(xiàn)塊體高溫超導(dǎo)電性的兩個關(guān)鍵實驗證據(jù)，即零電阻和完全抗磁性，澄清了目前La₂PrNi₂O₇中高溫超導(dǎo)電性起源和體超導(dǎo)的爭議問題，并揭示了微觀結(jié)構(gòu)無序?qū)Ω邷爻瑢?dǎo)電性的不利影響。相關(guān)研究成果發(fā)表于《自然》。

2023年，我國學(xué)者發(fā)現(xiàn)La₂PrNi₂O₇單晶在高壓下具有Tc≈80K的高溫超導(dǎo)電性的跡象，掀起了鎳基高溫超導(dǎo)的研究熱潮。隨后，我國學(xué)者在La₂PrNi₂O₇體系中成功觀察到零電阻態(tài)，但關(guān)于其完全抗磁性的實驗證據(jù)仍然缺乏。此外，目前關(guān)于La₂PrNi₂O₇中高溫超導(dǎo)電性的起源以及能否實現(xiàn)體超導(dǎo)態(tài)（完全抗磁性）等核心科學(xué)問題仍存在爭議，嚴重阻礙了鎳基高溫超導(dǎo)體的研究進程。

針對上述關(guān)鍵科學(xué)問題，該團隊將研究對象轉(zhuǎn)向晶體質(zhì)量更易控制的多晶樣品，采用離子半徑較小的Pr部分替代La，成功抑制了La₂PrNi₂O₇中不同鎳氧化物共生和內(nèi)頂角氧空位等問題，制備出單相性良好、具有雙鎳氧層結(jié)構(gòu)的La₂PrNi₂O₇多晶樣品，并在該樣品中同時觀測到零電阻和完全抗磁性。

研究結(jié)果表明鎳基高溫超導(dǎo)電性起源于雙鎳氧層鈣鈦礦相，并揭示微觀結(jié)構(gòu)無序?qū)?span style="text-indent: 32px;text-wrap: wrap">La₂PrNi₂O₇中高溫超導(dǎo)電性的不利影響。這一工作對于鎳基高溫超導(dǎo)材料的進一步優(yōu)化設(shè)計與合成具有重要指導(dǎo)作用，將推動鎳基高溫超導(dǎo)體的研究進程。

在這項研究中，SECUF的A2-六面砧高壓實驗站和A6-強磁場核磁共振實驗站發(fā)揮了關(guān)鍵作用。其中，A2實驗站提供的大腔體多砧高靜水壓物性測量技術(shù)，能在最大程度上保證壓力的各向同性和均勻性，有效克服了鎳基超導(dǎo)材料對非靜水壓環(huán)境異常敏感而無法實現(xiàn)零電阻的難題。A6實驗站的核四極矩共振測量技術(shù)，提供了一種定量確定樣品中不同鎳氧化物相比例以及界面等微觀結(jié)構(gòu)無序的方法。

相關(guān)論文信息：https://doi.org/10.1038/s41586-024-07996-8

（原載于《中國科學(xué)報》?2024-10-08?第1版?要聞）