我國科學家在高壓下新物態研究中發現新結構超導體

2020-08-09 中國科學院科技產業網

近日，中國科學院合肥物質科學研究院強磁場科學中心高壓研究團隊與安徽大學、南丹麥大學、南京大學等合作，利用高壓研究手段發現了一種具有新穎結構的超導體。相關研究結果以Long-Range Ordered Amorphous Atomic Chains as Building Blocks of a Superconducting Quasi-One-Dimensional Crystal為題，發表在Advanced Materials上。

固體材料按照結構可分為晶體、非晶體和準晶體：一般來說，晶體同時具有長程和短程的平移或旋轉對稱序；非晶體中短程有序但不具有長程序；準晶體則具有長程的旋轉對稱序而沒有長程的平移對稱序。具有長程有序但短程無序的材料在自然界中非常罕見。

團隊選取具有準一維鏈狀結構的(TaSe4)2I為研究對象，作為其結構主要組成單元的TaSe4鏈沿c方向延伸且相互之間平行排列，同時與沿c方向的I原子鏈相互嵌套，共同組成三維晶格。

(TaSe4)2I高壓下的新物態

由於(TaSe4)2I準一維鏈狀結構特點，它是一種典型電荷密度波材料；從電子能帶結構的拓撲分類研究發現其高溫相為Weyl半金屬，低溫下伴隨電荷密度波轉變體系進入一種所謂的軸子絕緣態。

研究團隊利用金剛石對頂砧裝置產生高壓環境，通過同步輻射X射線衍射實驗發現(TaSe4)2I在20GPa以上TaSe4鏈內出現非晶化，但鏈之間仍保持長程有序（如圖所示），從而在結構上表現出原子排列的短程無序但長程有序的「複合」現象。伴隨著原子鏈內部的非晶化，體系還表現出超導電性。

與高壓下新穎結構相一致，超導電性表現出兩步型的轉變，即原子鏈內先出現超導，原子鏈間的耦合導致長程相干出現零電阻。該研究拓展了對固體材料傳統分類的認識，並提供了研究準一維超導電性的理想平臺。

高壓研究團隊成員安徽大學博士安超為論文第一作者，博士陳緒亮、教授張古非（南丹麥大學）和研究員楊昭榮為論文的共同通訊作者。

來源：合肥物質科學研究院

相關焦點

  • 《Adv Mater》：發現一種新穎結構的超導體
    近日，中國科學院合肥物質科學研究院強磁場科學中心高壓研究團隊與安徽大學、南丹麥大學、南京大學等合作，利用高壓研究手段發現了一種具有新穎結構的超導體。由於(TaSe4)2I準一維鏈狀結構特點，它是一種典型電荷密度波材料；從電子能帶結構的拓撲分類研究發現其高溫相為Weyl半金屬，低溫下伴隨電荷密度波轉變體系進入一種所謂的軸子絕緣態。
  • 科學家發現常溫超導體 一個屬於超導體的新時代即將開啟
    超導體（superconductor）同時又稱為超導材料，它們是指在某一溫度條件下，電阻變為零的導體。超導體同時具有兩大特性，一是零電阻的特性，二是完全抗磁性。人類最早發現超導體是在1911年，荷蘭科學家昂內斯首次發現汞在零下269度時電阻會消失，呈現超導狀態。
  • 毛河光做客科學家講壇 分享「高壓下的新世界」
    哈工大報訊（範國華/文 蘭銳 範國華/圖）9月25日上午，美國科學院院士、中國科學院外籍院士、英國皇家科學院外籍院士、臺灣中央研究院院士、北京高壓科學研究中⼼毛河光做客科學家講壇，作了題為「中國物質科學崛起之捷徑—高壓下的新世界」的學術報告。副校長韓傑才會見毛河光院士並為他頒發「科學家講壇主講嘉賓」聘牌。
  • 每日天文資訊精選|科學家發現常溫超導體 一個屬於超導體的新時代...
    每天關注一些事，小編今天帶大家看看天文的那些事兒1、科學家發現常溫超導體 一個屬於超導體的新時代即將開啟超導體同時又稱為超導材料，它們是指在某一溫度條件下，電阻變為零的導體。超導體同時具有兩大特性，一是零電阻的特性，二是完全抗磁性。人類最早發現超導體是在1911年，荷蘭科學家昂內斯首次發現汞在零下269度時電阻會消失，呈現超導狀態。就在不久前，美國一位材料科學家拉塞爾·海姆利在美國物理學會的月度會議上高調的宣布，他們發現了新的超導體，有望開啟一個超導體的新時代。會議上，海姆利通過大屏幕演示了新的超導體演變的全過程。
  • 新超導體研究國際領先
    本報北京5月13日電(記者齊芳)我國物理學家在新超導材料――鐵基超導體研究中開展了有重要影響的領先性工作,中國科學院物理研究所凝聚態物理國家實驗室的3個研究小組和中國科技大學的1個研究小組不僅分別製備出了鐵基超導材料,同時物理所對這一新材料的超導機理進行了探究。
  • 物理所等在黑磷單晶的高壓研究中取得新進展
    黑磷是磷的一種同素異形體，常壓下具有二維層狀結構，是直接帶隙半導體。自從2014年復旦大學教授張遠波和中國科學技術大學教授陳仙輝等發現二維黑磷場效應電晶體表現出很高的載流子遷移率和良好的I-V特性，其作為新型的帶隙可調的二維電子材料受到了廣泛關注。
  • 首個室溫超導體登上 Nature 封面!15°C 刷新紀錄,超高壓下展現...
    23.2K（-249.95 攝氏度）；1986 年，科學家發現一種陶瓷性金屬氧化物具有高溫超導性，臨界溫度可達 35K（-238.15 攝氏度），由此獲得了 1987 年的諾貝爾物理學獎；1988 年，科學家發現汞系超導材料的臨界溫度達 135K（-138.15 攝氏度）；高壓條件下其臨界溫度將能達到 164K（-109.15 攝氏度）；
  • 物理學家發現水分子的新物態
    研究者發現綠柱石中的水分子有著奇異的特性。
  • 美國科學家在隕石中首次發現超導材料,點燃室溫超導體新希望
    據美國國家科學院院刊（PNAS）近日消息稱，美國科學家在兩塊不同的隕石中發現了超導材料，這是超導材料在太空中形成的第一個證據。這一發現的重要意義不僅在於它是罕見的天然形式的超導材料，還為人類尋找室溫超導材料點燃了新希望。超導材料即超導體，指在某一溫度下，電阻為零的導體。
  • 科學家發現銅酸鹽超導體中的能隙調製
    「高Tc」超導體的微觀電子結構的細節可以揭示出不同相（物質狀態）與超導之間的關係，在超導狀態下，帶電荷的電子以某種方式克服了其排斥力，從而配對並自由流動。研究的最終目標是了解如何使這些材料充當超導體而無需過冷。
  • 又發現超導體中的新性質
    超導優異性能的應用無疑我們所夢寐以求的，然而要做到這一點，線路必須冷卻到非常低的溫度，以至於目前大規模使用超導體是不經濟的，也不現實。因此，在世界各地的實驗室中，科學家們正在尋找新的超導材料，新的超導材料可以在不那麼令人望而卻步的溫度下發揮作用。希望寄托在所謂的銅酸鹽，銅和氧基化合物，也被稱為高溫超導體，科學界正在集中精力研究。
  • 石墨烯扭轉「角度」可變超導體 新發現將打開非常規超導體研究大門
    科技日報北京3月21日電 （記者張夢然）英國《自然》雜誌日前連發兩篇物理學重磅論文，報告了麻省理工學院（MIT）科學家對非常規超導材料的行為的新見解
  • 新的室溫超導體
    10月14日研究人員完成了一項長達數十年的探索，他們創造出了第一種不需要冷卻就能消除電阻的超導體。 有一個問題：新的室溫超導體只能在相當於地球中心四分之三的壓力下工作。
  • 我國科學家提出製備常溫超導體「金屬氫」新方法
    近期，山東大學趙明文教授團隊提出利用碳納米管高機械強度的特點，在碳納米管中以相對「較低」的壓力製備與保護準一維「金屬氫」，並由此發展出相應的理論模型。這項理論成果日前被國際學術期刊《納米快報》發表。山東大學趙明文教授團隊表示，由於碳納米管具有高機械強度的特點，在其內可以形成超高密度的準一維「金屬氫」。
  • 開創研究新領域！科學家發現新種類「g波超導體」
    超導體是在特定條件下，電阻能夠消失的材料。由於超導體沒有電阻，電能傳輸效率可達100%，是非常理想的線材；但是超導體必需要在極低溫才有超導特性，因此仍無法大規模商用化。近期，康奈爾大學研究團隊發現一種全新的超導體：g波超導體（g-wave superconductor），開創全新的超導體研究領域。研究團隊將論文發布在《Nature Physics》期刊上。
  • 首個室溫超導體登上 Nature 封面！15°C 刷新紀錄，超高壓下展現超導特性
    23.2K（-249.95 攝氏度）；1986 年，科學家發現一種陶瓷性金屬氧化物具有高溫超導性，臨界溫度可達 35K（-238.15 攝氏度），由此獲得了 1987 年的諾貝爾物理學獎；1988 年，科學家發現汞系超導材料的臨界溫度達 135K（-138.15 攝氏度）；高壓條件下其臨界溫度將能達到
  • 二維高溫超導體研究取得新進展-光明日報-光明網
    本報合肥11月7日電（記者常河）中國科技大學陳仙輝院士與復旦大學物理學系張遠波課題組合作，在揭示高溫超導機理方面取得新進展。記者從中國科學技術大學獲悉，該成果已於近日在線發表於國際頂級期刊《自然》上。
  • 新研究發現雷射製冷或可產生奇異物態
    在最新研究中，德國波恩大學的兩位研究人員馬丁·威茨(Martin Weitz)和烏爾裡希·沃格爾(Ulrich Vogl)利用雷射，使得稠密的銣氣體溫度遠遠低於令氣體轉化為固體的正常溫度。在之前的研究中，科學家只能利用雷射急速「過度冷卻」那些經過稀釋的氣體。
  • 超高壓下首次實現室溫超導——中國團隊理論預言富氫材料
    如果其他組的實驗能夠得到同樣的結果，那麼Nature此次報導的發現將是超導研究領域具有裡程碑意義的工作，因為這是第一個在室溫下發現的超導體，與1987年發現的液氮溫區銅氧化物超導體的影響相似，將會對人們對超導電性的理解產生巨大的衝擊。由於這是在267 GPa下才能存在的超導電性，目前來看需要超導體在這樣高的壓力條件下工作的環境還很難例舉。
  • 趙忠賢:液氮溫區超導體的發現
    本刊作者、中國科學院物理研究所研究員、中國科學院院士趙忠賢獲得國家最高科學技術獎。1987 年2月，趙忠賢及合作者獨立發現液氮溫區高溫超導體，並在國際上首次公布其元素組成為Ba-Y-Cu-O。1987 年，獲得第三世界科學院（現更名為發展中國家科學院）物理獎，這是中國科學家首次獲此獎項。1989 年，因「液氮溫區氧化物超導電性的發現」獲國家自然科學獎集體一等獎(排名第一)。