'Jenga Chemistry'在氧化镍材料中产生超导性

插图描绘了创造一种新型超导材料的关键步骤：就像在Jenga游戏中从塔中拉动块一样，科学家使用化学来整齐地除去一层氧原子。这将材料翻转成新的原子结构 - 镍酯 - 可以通过100％效率进行电。

能源部斯拉克国家加速器实验室和斯坦福大学的科学家制造了第一款氧化镍材料，该氧化镍材料显示出明显的超导迹象 - 传输电流的能力，没有损失。

也被称为镍酯，这是第一款具有与铜氧化物的潜在新系列的潜在新系列，或铜酸铜，其发现在1986年的发现提出了超导体可以在靠近室温下运行并彻底改变电子设备，电力传输和其他技术。这些相似之处有科学家想知道镍还可以在相对较高的温度下超越外部。

与此同时，新材料似乎不同于铜替代品，以基本的方式 - 例如，它可能不含一种磁力，即所有超导铜酸盐的磁力都有 - 而这可能会覆盖这些非传统超导体的主要理论。经过三十多年的研究，没有人钉住了。

该实验由Danfeng Li是一位与SLAC的斯坦福材料和能源科学研究所（SIMES）的博士博士研究员领导，今天本质上描述。

“这是一个非常重要的发现，要求我们重新考虑这些材料中的电子结构的细节以及这些材料中的超导体可能的机制，”不列颠哥伦比亚大学的物理学和化学教授乔治·萨瓦茨基说：不涉及的学习，但写了一篇论文本质上的评论。“这将导致很多人跳进调查这类新的材料，以及各种各样的实验和理论工作将完成。”

为了创造一种新型的超导材料，SLAC和斯坦福的科学家首先使薄膜薄膜称为Perovskite;用锶“掺杂”;然后将其暴露在一种烤制的氧原子层的化学物质中，就像从吊顶塔中移除棍子一样。这使得薄膜翻转成不同原子结构，称为镍酯。测试表明，该镍能够导电不具有阻力。

一条艰难的道路

自从发现铜替代超导体以来，科学家们曾致力于基于镍制备相似的氧化物材料，该镍在元素的周期表上的铜旁边。

但是用一个有利于超导导致的原子结构制作镍酯，原因出乎意料地努力。

“据我们所知，我们试图制造的镍在非常高的温度下不稳定 - 大约600摄氏度 - 这些材料通常种植，”李说。“所以我们需要从一些东西开始，我们可以在高温下稳定地生长，然后将其在较低温度下变为我们想要的形式。”

他从佩罗夫斯基钛矿开始 - 一种由其独特的双金字塔原子结构定义的材料 - 含有钕，镍和氧气。然后他通过添加锶掺杂钙钛矿;这是一个常见的过程，将化学物质添加到材料中，以使其自由流动的更多。

李说，这个偷走了远离镍原子的电子，留下空置的“孔”，镍原子对此并不乐于幸福。该材料现在不稳定，使下一步 - 在表面上生长薄膜 - 真挑战;他花了半年来才能完成工作。

'jenga化学'

一旦完成了，李将薄膜切成小块，松散地用铝箔包裹物，并用一层用氧气原子抓住一层的化学物质将其密封在试管中 - 很像从摇摆塔中移除杆Jenga Blocks。这将薄膜翻转成全新的原子结构 - 掺杂锶镍酯。

Simes研究员Danfeng Li解释了制作新的氧化镍材料的精致'Junga Chemistry'，这是一个潜在的非传统超导体家庭的第一家。（林达麦卡洛克，斯克拉克国家加速器实验室）

“以前展示了这些步骤中的每一个，”李说，“但不在这种组合中。”

他记得实验室的确切时刻，凌晨2点左右，当试验表明掺杂的镍酯可能是超导时。李很兴奋，他整夜熬夜，早上共同选择了他的研究小组的定期会议，向他们展示他发现的东西。很快，许多团体成员在一钟钟努力中加入了他，以改善和研究这种材料。

进一步的测试将揭示镍酯确实在9-15个keelvins的温度范围内超导 - 令人难以置信的寒冷，但首次开始，具有更高的温度的可能性。

更多的工作

新材料的研究处于“非常初期”，“斯坦福斯坦福斯坦福德和斯坦福和报告高级作者”的教授谨慎的Hwang，萨克斯调查员的“非常初期”，“是一个非常早期的阶段，并有很多工作。“我们刚刚看到了第一个基本实验，现在我们需要完成铜酸盐仍然进行的整个调查电池。”

在其他事情之外，他说，科学家们希望以各种方式涂镍材料，以了解这在一系列温度上的超导性，并确定其他镍是否可以成为超导。其他研究将探讨材料的磁性结构及其与超导性的关系。

SIMES研究人员物理学，应用物理和材料科学和工程学院也为研究提供了贡献，由DOE科学和戈登和贝蒂摩尔基金会的竞技制度倡议的紧急现象资助。

参考：“无限层镍的超导性”由Danfeng Li，Kyuho Lee，Bai Yang Wang，Motoki Osada，Samuel Crossley，Hye Ryoung Lee，Yi Cui，Yasuyuki Hikita和Hwang，Hwang，2019年8月28日，自然。

DOI：10.1038 / S41586-019-1496-5