复旦大学重磅Nature！新型高温超导材料诞生，高温高压光学浮区炉再次出席重要成果！

发布日期：2024-07-19

在凝聚态物理学界，高温超导一直被誉为“皇冠上的明珠”，但其背后的物理机制仍是一个悬而未决的难题。7月17日，复旦大学赵俊团队及合作者利用高温高压光学浮区炉HKZ系列成功生长了三层镍氧化物La₄Ni₃O₁₀高质量单晶样品，证实了镍氧化物中具有压力诱导的体超导电性 (bulk superconductivity)，其超导体积分数高达86%。研究还发现该类材料呈现出奇异金属和独特的层间耦合行为，为人们理解高温超导机理提供了新的视角和平台。

该成果以“Superconductivity in pressurized trilayer La₄Ni₃O_10-δ single crystals”为题发表于《Nature》上^[1]。

复旦大学赵俊团队及合作者通过施加压力有效地抑制了三层镍酸盐La₄Ni₃O_10-δ单晶中的自旋电荷序，在69 GPa压力下，超导临界温度达到30 K。直流磁化率测量证实了显著的抗磁响应，其超导体积分数高达86%，证实了镍氧化物的体超导性质。同时，在正常态还观察到一种奇异的金属行为，其电阻温度依赖线性关系延伸至300 K。此外，实验发现三层结构的La₄Ni₃O_10-δ的Tc比双层结构的La₃Ni₂O₇要低，这种不同于铜酸盐超导电性的超导层数依赖关系表明了镍酸盐特有的层间耦合机制。赵俊团队及合作者的发现建立了一个新的超导材料体系，可以促进人们对自旋电荷序、平带结构、层间耦合、奇异金属行为和高温超导之间的复杂相互作用进行更深入的探索，在揭示新现象和推动人们对高温超导体的理解方面具有重要的意义。

       本文生长的La₄Ni₃O_10-δ高质量单晶样品均采用德国ScIDre公司推出的高温高压光学浮区炉HKZ系列，涉及到的晶体生长工艺参数为：O₂气氛压力范围18~22bar；5KW氙灯；3mm/hr晶体生长速度。

图片引自^[1]

高温高压光学浮区炉

德国ScIDre公司推出的HKZ系列高温高压光学浮区法单晶炉能够提供高达3000℃的生长温度，样品腔压力可达300bar，甚至10^-5mbar的高真空。适用于生长各种超导材料单晶，介电和磁性材料单晶，氧化物及金属间化合物单晶等。Quantum Design将ScIDre公司先进的高温高压光学浮区法单晶炉、高压氧气氛退火炉引进中国，更好的为中国晶体生长领域的发展提供设备支持和技术服务。

ScIDre单晶炉特点

► 采用垂直式光路设计

► 采用高照度氙灯，多种功率规格可选

► 采用光阑控制技术，加热功率从0-100% 可调

► 熔区温度：高达2000 - 3000℃（具体取决于材料和配置）

► 熔区气压：10bar、50bar、100bar、150bar、200bar、300 bar可选

► 熔区气氛：Ar、O₂、N₂、混合气等可选

► 不同真空环境可选：10^-2 mbar或 10^-5 mbar

► 丰富的可升级选件

高温高压光学浮区法单晶炉外观图

此外，在这项工作中，La₄Ni₃O_10-δ单晶材料的电学和磁学等性质的部分数据测量采用的是美国Quantum Design公司的完全无液氦综合物性测量系统-DynaCool和全新一代磁学测量系统-MPMS3。

完全无液氦综合物性测量系统

DynaCool是一款集成全自动的磁学、电学、热学和形貌，甚铁电和介电等各种物性测量的设备。该系统已经经历了接近30年的历史，在全球销售安装了1500余套，在中国地区也有近300套，几乎遍布于任何低温强磁场下物性表征的高端科学研究实验室，助力了无数个重大科学发现。

完全无液氦综合物性测量系统外观图

全新一代磁学测量系统

基于SQUID测量技术研发的MPMS3磁学测量系统因其磁性测量的高灵敏度备受科研工作者的欢迎。设备可同时提供变磁场测量环境和变温度场测量环境，可广泛应用于金属、陶瓷、半导体、超导体、磁性材料、合金材料、有机材料、介电材料和高分子等材料的研究。

全新一代磁学测量系统外观图

参考文献：

[1]. Zhu, Y., Peng, D., Zhang, E. et al. Superconductivity in pressurized trilayer La₄Ni₃O_10−δ single crystals. Nature 631, 531–536 (2024).

https://doi.org/10.1038/s41586-024-07553-3