《我国科学家通过实验证明二维单层铜基超导体具有高温超导特性》

  • 来源专题:中国科学院文献情报制造与材料知识资源中心 | 领域情报网
  • 编译者: 冯瑞华
  • 发布时间:2019-12-19
  • 迄今合成的数十种铜基超导体的超导临界温度虽各不相同,但都具有相似的层状原子结构,如果将这些层状铜基超导体减薄至二维极限,是否仍具有相同的高温超导特性?

    日前,我国科学家首次通过实验证明了二维极限下的单层铜基超导体具有和块体铜基超导体相同的超导特性。结合输运和扫描隧道显微学及谱学数据,团队最终发现二维极限下的单层Bi-2212已具备高温超导所需的一切因素。这一结论为高温超导的二维理论模型,和既有高温超导块体材料表面研究的有效性提供了更加坚实的实验基础。在结论之外,该项工作对极不稳定二维材料之研究方法的技术探索亦十分可贵,拓展了有关二维材料研究的视野。该研究成果以研究长文形式在线发表于国际学术期刊《自然》(Nature)杂志主刊。

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    • 编译者:冯瑞华
    • 发布时间:2019-11-05
    • 中国科学技术大学陈仙辉教授与复旦大学物理学系张远波课题组合作,在揭示高温超导机理方面取得新进展。研究成果近日在线发表于国际学术期刊《自然》上。   超导是物理学中最迷人的宏观量子现象之一,是历久弥新的研究领域。但是非常规高温超导的机理依然没有完全获解。找到通向高温超导秘密之门的钥匙,是科学家们孜孜以求的目标。物理学家通常的研究方法是尝试用最简洁的模型来揭示世界本源规律。   铜氧化物高温超导体具有形式多样的三维层状晶体结构,迄今发现的所有铜基超导体的晶体结构均含有相同的铜氧结构单元。这些铜氧结构单元被认为是高温超导电性的起源,尤其是理论物理学家在研究高温超导机理时,主要基于铜氧面结构单元建立二维理论模型。因此,在实验上验证含有铜氧结构单元单层的二维超导体是否与相应的大块晶体具有相同的超导电性和正常态物理是非常重要和有意义的。   陈仙辉教授和张远波教授及其研究团队经过多年的探索和尝试,成功获得单层的铋2212超导体,并在实验中发现该单层铜基超导体和相应的块体铜基超导体具有完全相同的超导转变温度、载流子浓度依赖的相图和反常的正常态行为。   这些发现为高温超导体二维理论模型提供了坚实的实验基础,也为高温超导体的实验研究提供了新的思路。
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    • 编译者:魏韧
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    • 20世纪80年代,铜氧化物高温超导体的发现推翻了一种广为流行的理论,即超导体材料仅在约30开尔文(或零下406华氏度)的极低温度下无电阻。几十年来,研究人员一直在关注100开尔文(零下280华氏度)以上的铜酸盐超导体研究。现在美国能源部劳伦斯伯克利实验室的科学家找到了这一问题的答案——电子自旋。相关成果将发表在12月13日的《科学》杂志上。 1、在旋转方式中添加电子自旋 每一个电子都像一个指向某个方向的微小磁铁。大多数超导体材料中的电子似乎都遵循着自己的旋转方向。它们的电子不是指向同一个方向,而是不规则地向某一个方向旋转——有的向上,有的向下,有的向左或向右。 当开发新的材料时,科学家们会观察材料的电子自旋。但是,当制造超导体时,凝聚态物理学家传统上并不关注自旋,因为传统观点认为这些材料的独特性是通过两个电子相互作用的方式,即“电子关联”形成的。但该研究用一种称为SARPES(s)的技术,发现一些超导体材料中存在电子自旋的特殊模式。 2、高温超导体的新图谱 材料在高于预期的温度下,或远低于零华氏度的极冷温度下出现超导,是因为只有在这样的条件下才能在没有任何阻碍地输送电子,此时电子能够同步运动,而不会被摇摆的原子撞击,进而产生电阻。在这类特殊的高温超导体材料中,铜酸盐的表现最好,一些研究人员相信,铜酸盐有可能成为制作新型超高效电线的材料。 凝聚态物理学家在研究的超导材料中发现了电子关联。其实还存在另一种电子相互作用方式,“自旋-轨道耦合”,即电子的磁矩与材料中的原子相互作用。许多人认为,与“电子关联相比”,铜酸盐超导体中的“自旋-轨道耦合”很弱,所以常常被忽略。 3、用SARPES发现电子自旋 SARPES探测器由Lanzara、Zahid Hussain和Chris Zzwiak共同开发。科学家用其探测电子的关键特性,如价带结构。科学家使用SARPES与ALS的10.0.1光束,探测到电子的自旋速度,发现bi-2212独特的自旋模式,即“非零自旋”。