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SHMFF用戶在強(qiáng)磁場(chǎng)超高壓下合金超導(dǎo)電性研究取得重要進(jìn)展

2019-01-15 16:42:12 作者：本網(wǎng)整理來源：合肥物質(zhì)材料科學(xué)研究院分享至：

近日，穩(wěn)態(tài)強(qiáng)磁場(chǎng)實(shí)驗(yàn)裝置（SHMFF）用戶中國(guó)科學(xué)院物理研究所孫力玲研究員課題組在強(qiáng)磁場(chǎng)、超高壓、低溫綜合極端條件下的超導(dǎo)電性研究中取得重要進(jìn)展，發(fā)現(xiàn)在超高壓力下鈮鈦合金的超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度和上臨界磁場(chǎng)顯著提升。相關(guān)研究成果發(fā)表在材料學(xué)頂級(jí)學(xué)術(shù)期刊Advanced Materials上。

鈮鈦合金在數(shù)千種已知的超導(dǎo)體中以其優(yōu)異的綜合性能得到廣泛應(yīng)用，是目前醫(yī)用核磁共振和大科學(xué)裝置超導(dǎo)磁體中的關(guān)鍵材料。孫力玲課題組前期在對(duì)由多元過渡族金屬元素組成的高熵合金超導(dǎo)體（TaNb）0.67（HfZrTi）0.33的研究中發(fā)現(xiàn)，在超高壓力下（百萬大氣壓以上的壓力為超高壓力，100萬大氣壓=100 GPa），該合金表現(xiàn)出異常穩(wěn)定的超導(dǎo)電性。由于鈮和鈦是這種高熵合金的主要構(gòu)成元素，通過對(duì)鈮鈦合金超高壓力下超導(dǎo)電性的研究，能加深對(duì)高熵合金超導(dǎo)的微觀機(jī)制的理解。

近期，孫力玲課題組利用SHMFF對(duì)鈮鈦合金超導(dǎo)體在超高壓力下的超導(dǎo)電性進(jìn)行了系統(tǒng)的研究。發(fā)現(xiàn)鈮鈦合金在高達(dá)261.7GPa的壓力下仍保持超導(dǎo)電性，這表明鈮鈦合金是目前已知的所有超導(dǎo)體中最耐壓的超導(dǎo)體。同時(shí)，這個(gè)壓力是已有報(bào)導(dǎo)的超導(dǎo)電性存在的最高壓力，在該壓力下鈮鈦合金的超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度由常壓下的9.6K提高到了19.1K。在此基礎(chǔ)上，孫力玲課題組的郭靜副研究員在強(qiáng)磁場(chǎng)中心張?jiān)：阍菏繄F(tuán)隊(duì)的郗傳英副研究員和張昌錦研究員的協(xié)助下，集成了強(qiáng)磁場(chǎng)（30特斯拉）、超高壓（261.7GPa）、低溫（1.8K）綜合極端條件，對(duì)鈮鈦合金在綜合極端條件下的超導(dǎo)性能進(jìn)行了系統(tǒng)研究。發(fā)現(xiàn)該合金超導(dǎo)體在超高壓下的上臨界磁場(chǎng)會(huì)有一個(gè)顯著的提升，在1.8K溫度下其臨界磁場(chǎng)由15.4T提高到了19T。上海光源同步輻射高壓XRD實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在200GPa壓力下鈮鈦合金沒有發(fā)生晶體結(jié)構(gòu)變化，但其體積被壓縮了大約43%。上述研究揭示了由過渡族金屬元素構(gòu)成的合金超導(dǎo)體在高壓力下其超導(dǎo)電性具有可抵御大形變而穩(wěn)定存在的特性，為鈮鈦合金及相關(guān)材料在強(qiáng)磁場(chǎng)超導(dǎo)磁體的廣泛應(yīng)用提供了依據(jù)。

除了在科學(xué)上的重要意義，本工作在技術(shù)上實(shí)現(xiàn)了國(guó)際上在強(qiáng)磁場(chǎng)、超高壓和低溫綜合極端條件下的壓強(qiáng)最高指標(biāo)，為今后探索綜合極端條件下的物理性質(zhì)提供了先進(jìn)的平臺(tái)。相關(guān)研究成果以“Record-High Superconductivity in Niobium–Titanium Alloy”為題發(fā)表于材料學(xué)頂級(jí)學(xué)術(shù)期刊Advanced Materials【（2019），1807240】上。

本工作得到了科技部國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目，國(guó)家自然科學(xué)基金委大科學(xué)裝置聯(lián)合基金項(xiàng)目和儀器研制項(xiàng)目，中科院B類先導(dǎo)項(xiàng)目和松山湖材料實(shí)驗(yàn)室的支持。