高压下二元富氢超导体的实验研究进展

自从1911年著名物理学家Onnes发现超导电性以来,人们不断努力提高超导转变温度,室温超导体是人类追逐的百年梦想。在近百年的研究历程中,铜基超导体、铁基超导体及麦克米兰极限MgB₂超导体的发现不断刷新了人们对超导领域的认知,也增强了人们进一步提高超导转变温度和挖掘高温超导机制的信心。最近,理论预测并被实验验证的新型富氢化合物显示了高温乃至室温超导电性的巨大潜力,成为室温超导体的最佳候选体系之一。值得注意的是,高压下硫氢化物和镧氢化物均具有超过200 K的超导转变温度,引领了富氢化合物的研究热潮,涌现了一些重要的理论和实验成果。本文聚焦于目前富氢化合物超导体的实验研究进展,从不同氢结构单元及氢成键特征的角度总结和归纳新型富氢化合物的晶体结构性质及超导性能。主要介绍了5种在实验上成功获得的富氢化合物超导体：间隙型、离子型、共价型、笼型及分子型。通过对比分析不同类型的富氢化合物超导体,总结出一些影响超导转变温度的普适规律,并提出目前实验上亟待解决的问题和未来主攻的实验方向。     

高压下富氢化合物的结构与奇异超导电性

在富氢化合物中,一方面由于非氢元素的存在会对氢的子晶格产生化学预压作用,这些体系比纯氢更容易金属化.另一方面由于含氢量较多,富氢化合物可能会具有像金属氢那样较高的超导转变温度,有望成为超导家族的新成员—–氢基超导体.高压下富氢化合物的结构及超导电性已成为物理、材料等多学科的研究热点,最近理论和实验发现硫氢化合物在高压下的超导转变温度达到200 K,创造了高温超导新纪录,进一步推动了人们对富氢化合物超导电性的研究.本文主要介绍了近年来高压下几种典型富氢化合物的结构、稳定性、原子间相互作用、金属化及超导电性,希望未来能在富氢化合物中寻找到具有更高超导转变温度的超导体.     

高压下氢基高温超导体研究的新进展

富氢材料被认为是室温超导体的最佳候选体系,是物理学、材料科学等多学科的热点研究领域之一。理论和实验研究发现的新型共价氢化物H3S和笼状氢化物LaH10的超导转变温度(T_c)均超过200 K,进一步推动了对富氢化合物超导电性的探索。最近,通过高压实验合成的碳质硫氢化物在288 K的室温下实现了零电阻,让人们看到了室温超导的曙光。本文结合课题组在此领域的主要成果,介绍了3类典型富氢化合物的结构及超导特性,包括近期首次在层状氢化物中发现的具有类五角石墨烯结构的富氢超导体HfH₁₀,其超导转变温度高达213~234 K。     

利用NV色心量子传感技术实现富氢化物超导抗磁成像

近年来,富氢化合物超导体的研究为室温超导体的发现提供了新的方向和契机。借助高压技术,新型硫氢化物H₃S和镧氢化物LaH₁₀分别实现了创纪录的200 K和250 K超导转变温度。因此,富氢化合物被认为是室温超导体的最佳候选体系之一,形成了一类新的、在高压下呈现高T_c的超导材料——氢基超导体,已成为材料、物理等诸多领域的研究热点。富氢化合物的制备依赖于高温高压条件,其中压力由金刚石对顶砧装置(DAC)产生(通常大于100 GPa),而高温条件通过原位激光加热产生(通常大于1500 K)。这些要求极大地限制了制备样品的尺寸,并造成了目标超导样品的不均匀性,为高压原位实验表征带来了极大的挑战。目前,富氢化物的超导转变主要通过四电极法测量零电阻态进行表征。相比电输运测量使用的金属电极,用于迈斯纳抗磁性测量的感应线圈、超导量子干涉器件等传统磁探测元件受到尺寸及压力的影响,难以集成到金刚石压腔内,并且获得的超导富氢化物的抗磁信号均比较微弱。采用感应线圈、超导量子干涉器件等传统磁学表征方法,富氢化物的磁学测量在极限压力、磁场灵敏度以及空间分辨率等方面受到极大制约。发展相关的磁探测手段并实现超高压下的精确磁测量不仅是超导氢化物更是整个高压研究领域亟待解决的关键问题,也将有力地促进高压下磁学研究发展。因此,亟需发展新技术突破超高压下富氢化合物超导迈斯纳效应测量的瓶颈,同时实现零电阻和迈斯纳效应的协同测量,破除富氢化物超导体长久以来存在的争论,夯实富氢化合物超导电性的完整证据链。     

高压下富氢高温超导体的研究进展

近年来,高压强极端条件下的富氢化合物成为高温超导体研究的热点目标材料体系.该领域目前取得了两个标志性重要进展,先后发现了共价型H3S富氢超导体(Tc=200 K)和以LaH10(Tc=260 K,–13℃),YH6,YH9等为代表的一类氢笼合物结构的离子型富氢超导体,先后刷新了超导温度的新纪录.这些研究工作燃发了人们在高压下富氢化合物中发现室温超导体的希望.本文重点介绍高压下富氢高温超导体的相关研究进展,讨论富氢化合物产生高温超导电性的物理机理,展望未来在富氢化合物中发现室温超导体的可能性并提出多元富氢化合物候选体系.     

高压下氢基超导体的研究进展

实现室温超导一直是人们长期追寻的梦想,寻找和合成出具有室温超导性的新材料已成为 凝聚态物理学家和材料物理学家的“圣杯”。近年来,随着理论和实验相继发现超导临界温度高于 200 K 的 H3S 和 LaH10,氢基超导体已逐渐成为实现室温超导的最佳候选,成为物理学、材料科 学等多学科研究的热点领域之一。在本文中,我们将概述超导材料的发展历史和几种典型超导材 料,重点介绍当前高压下氢基超导体的研究进展及面临的挑战,详细讨论中低压力范围氢基高温 超导体的设计思路,展望氢基超导体在低压甚至常压下实现高温乃至室温的可能性。     

碳基超导体的最新研究进展北大核心CSCD

碳基超导体是未来超导体发展方向之一,具有重大的研究意义.本文阐述了碳基超导体的分类,制备方法,超导性能的进展和研究现状,对其新的实验结果给予了特别的关注.总结了各类碳基超导材料的利弊.并着重从实验研究入手以及对现状的了解,展望了对碳基超导的研究方向.     

碳基超导体的最新研究进展

碳基超导体是未来超导体发展方向之一,具有重大的研究意义.本文阐述了碳基超导体的分类,制备方法,超导性能的进展和研究现状,对其新的实验结果给予了特别的关注.总结了各类碳基超导材料的利弊.并着重从实验研究入手以及对现状的了解,展望了对碳基超导的研究方向.     

非常规超导体及其物性

1986年高温铜氧化合物超导体的发现开辟了超导研究的新纪元,人们开始大量探索具有非常规超导机制的新型超导材料,以期发现具有更高超导转变温度的超导体。文章将结合作者多年来的研究,简要介绍具有代表性的非常规超导体材料家族及其物性,以及对非常规超导体材料研究的未来展望。     

富氢高温超导材料

超导研究历经百余年仍方兴未艾,室温超导依然是全球科学家孜孜以求的目标。近年来,人们在超过百万大气压的超高压下发现的H₃S、LaH₁₀等富氢高温超导材料不断刷新着超导临界温度的记录,为最终实现室温超导带来了曙光,从而吸引了广泛关注。文章以超导材料发现的时间线为轴,概述了目前发现的主要超导材料体系和基于电—声耦合机制的BCS 超导理论,重点介绍了当前富氢化合物高温超导材料的研究进展、存在的问题与挑战、以及未来可能的研究思路。     

超导转变温度(Tc)测量的实验

一、引言一些物质在温度低于某一值(T_c)时,其电阻率突然转变为零.这种状态称作超导状态,这类物质称为超导体。T_c 称作超导体的转变温度.不同的超导材料,其转变温度也不同.因而,超导体的转变温度(T_c)是超导材料最基本、最重要的物理参数之一,其它物理量无不与此相关.精确测量超导体的 T_c值已成为超导电性研究中必备的手段.为了培养高水平的接触近代科学前沿的硕士和博士人才,我们连续三年对固体物理、实验物理和低能核物理等专业的研究生开设了超导转变温度(T_c)测量的实验.结果表明,同学们不仅能完成实验要求,掌握实验技     

低维超导材料中的量子振荡现象

低维超导材料由于具有尺度接近量子临界尺寸的优势,能够观测到显著的超导量子振荡效应,因此成为研究超导量子振荡效应的优异平台.由于这些量子振荡效应的周期、振幅、相位与磁通涡旋的量子化及运动方式、超导电子的配对机制、特定外部条件下超导体中的涨落和激发现象密切相关,并且它们还能直观地反映超导材料的几何结构对其超导物性的影响,因此对低维超导体中振荡效应的研究直接反映了超导体的本质规律,成为研究材料超导机制的一种重要手段,有着深邃的物理内涵和丰富的研究价值.本文将探讨三类能够在低维超导材料中观测到的典型超导量子振荡效应:利特尔-帕克斯效应、磁通涡旋运动导致的振荡效应和韦伯阻塞效应,从研究手段、理论预期、实验现象以及实验结果诸方面综述其中所揭示的深刻物理规律,并展望低维超导体的量子振荡效应在量子计算、器件物理和低温物理等领域的应用价值.     

高压下的铁基超导体:现象与物理

始于2008年的铁基超导体研究续写了高温超导发展史的新篇章.回顾过去十年对铁基超导体的研究,在理论、实验及应用方面都取得了辉煌的成绩,丰富了人们对高温超导电性的认识,为突破高温超导机理研究、最终实现超导材料的人工设计与更广泛的应用奠定了坚实的基础.本文主要介绍了通过高压实验研究手段在铁基超导体的研究中取得的一些重要进展及呈现出的新现象和新物理,例如压致超导现象、压力导致的超导再进入现象、压力对超导转变温度的提升效应、压力研究对铁基超导体超导转变温度的预测、相分离结构对超导电性的影响及反铁磁-超导双临界点的发现等.希望这些高压研究结果与本文报道的其他各类实验与理论研究成果一起,为全面、深入地理解铁基超导体勾画出一幅较为完整的物理图像.     

重费米子超导理论和材料研究进展

重费米子超导体是一类典型的强关联和非常规超导系统,超导的产生与量子临界涨落有着紧密的关系.在实际材料中,不同结构体系的重费米子超导体往往表现出非常不同的竞争序和超导性质,表明f电子的行为对材料的结构特征具有敏感依赖性.特别是最近几年的超导实验研究,表明具体材料的实际电子结构对重费米子超导的性质具有重要影响.本文将简要介...     

新型铁基超导体材料的研究进展

文章主要介绍了碱金属插层法合成新型铁基超导体的研究进展.通过采用碱金属K对FeSe层状材料插层的方法,得到了一种新型的铁基超导体K0.8Fe1.7Se2,并对该材料的晶体结构与物性进行了研究.结果表明,该化合物的超导转变温度达到30K,这是FeSe体系在常压下的最高超导转变温度.同时,观察到该体系中存在转变温度为43K的超导相,但未得到纯相.通过磁性元素Co的掺杂研究,进一步加深了对K0.8Fe1.7Se2体系超导演化规律的认识.该超导体的发现对深入认识铁基超导体的超导机理,探索具有更高超导转变温度的铁基超导体具有重要意义     

新型铁基超导体材料的研究进展

文章主要介绍了碱金属插层法合成新型铁基超导体的研究进展.通过采用碱金属K对FeSe层状材料插层的方法,得到了一种新型的铁基超导体K0.8Fe1.7Se2,并对该材料的晶体结构与物性进行了研究.结果表明,该化合物的超导转变温度达到30K,这是FeSe体系在常压下的最高超导转变温度.同时,观察到该体系中存在转变温度为43K的超导相,但未得到纯相.通过磁性元素Co的掺杂研究,进一步加深了对K0.8Fe1.7Se2体系超导演化规律的认识.该超导体的发现对深入认识铁基超导体的超导机理,探索具有更高超导转变温度的铁基超导体具有重要意义.     

关于超导材料LaNiC_2和CsNi_2Se_2上临界磁场的两带理论研究

本文根据两带Ginzburg-Landau理论对两能隙超导体的上临界磁场进行了研究,得到了上临界磁场随温度变化关系的精确解.并将所得的理论结果与中心对称超导材料CsNi_2Se_2及非中心对称超导材料LaNiC_2的实验数据进行对比,两者符合得极好,充分说明了这两种镍基材料CsNi_Se_2和LaNiC_2的两能隙超导特征.同时理论分析结果也说明两带Ginzburg-Landau理论对描述中心对称和非中心对称的两能隙超导体均适用.     

新型铁基超导体角分辨光电子能谱研究

最近发现的新型122结构的铁基超导体掀起了铁基高温超导研究的又一轮热潮.文章利用角分辨光电子能谱实验手段,研究了这类新型铁基材料的电子结构、费米面拓扑和超导能隙.实验结果表明,其在布里渊区中心的能带结构及费米面与其他铁基超导体存在明显差异,并导致嵌套在粒子-空穴通道的费米面消失.另外,在布里渊区边缘的电子型费米面发现了较强的并且有各向同性的超导能隙.这些结果对可能的超导配对机制提出了严格的限制.     

封面说明

新型层状水合物超导体Na0 .3CoO2 ·1.3H2 O具有和高温超导体类似的层状结构 ,其晶体结构是由载流子库层 (Na -H2 O)和具有正六角结构的CoO6 超导层组成 .该超导体很容易在空气中失去晶格内的水分子从而失去超导电性 ,实验证明了水在该超导体中起着关键作用 ,这在超导材料研究中尚属首例 ;并且由于它在超导电性和结构上都类似于高临界温度超导体 ,所以引起了科学界的广泛关注 .封面大图为Na0 .3CoO2 ·1.3H2 O超导体的扫描电子显微镜 (SEM )图 ,该图清楚地显示沿c轴方向超导材料呈现层状结构特征 .小图是该样品的会聚束电子衍射图 ,…     

氧族氢化物的压致金属化与奇异超导电性

富氢化合物在目前实验所能达到的压力范围内有望实现金属化,是潜在的具有高超导临界温度的材料。实验和理论研究均发现高压下S-H化合物的超导临界温度高达203 K,创造了高温超导的新纪录,掀起了新一轮富氢化合物超导电性研究的热潮。本文主要介绍近年来关于氧族氢化物的压致金属化和奇异超导电性研究,对比分析氧族富氢化合物高压行为的异同。氧族元素的最外层电子排布相同,但原子质量和电负性的差异巨大,导致形成的富氢化合物在化学配比、结构、化学成键以及超导电性来源上存在较大差别。S-H和Se-H化合物的超导电性主要源自与氢原子拉伸振动模式相关的强电子-声子耦合,而Te-H和Po-H化合物中对超导电性贡献最大的是氢原子的切向振动模式。