中國粉體網(wǎng)訊 銅氧化物高溫超導(dǎo)體（簡稱銅基超導(dǎo)）是常壓條件下迄今轉(zhuǎn)變溫度最高的超導(dǎo)材料體系，對它的微觀機制破解入選Science 125個重大科學(xué)難題，目前依然是凝聚態(tài)物質(zhì)科學(xué)最大的謎團和挑戰(zhàn)之一。由于銅基超導(dǎo)體很強的Jahn Teller效應(yīng)和層間庫倫作用，沿c方向的銅氧鍵長大于銅氧平面內(nèi)的鍵長，導(dǎo)致基本電子構(gòu)型的銅氧六配位八面體呈現(xiàn)拉伸狀態(tài)。對于拉伸型的配位結(jié)構(gòu)，銅的3d x2–y2 軌道位于3z2-r2軌道之上，且和面內(nèi)氧的2P軌道強烈雜化。這個圖像構(gòu)成對銅基超導(dǎo)材料認(rèn)識的出發(fā)點(參閱：Keimer et al Nature 518, 179~186 (2015))。
中國科學(xué)院物理研究所/北京凝聚態(tài)物理國家研究中心極端條件物理重點實驗室研究員靳常青與合作者長期開展銅基超導(dǎo)材料新結(jié)構(gòu)的設(shè)計和高壓合成，研究對象集中在銅和堿土氧化物體系，這是能夠形成銅基超導(dǎo)基本結(jié)構(gòu)的最簡單化學(xué)組分。選擇這個簡單組分的獨到之處在于既可聚焦產(chǎn)生銅基超導(dǎo)的核心要素，又可回避銅基超導(dǎo)材料在常壓制備需要的稀土、鉍、汞等昂貴和有毒元素，有助于新材料的進(jìn)一步應(yīng)用拓展。運用高壓高溫制備技術(shù)，他們相繼發(fā)現(xiàn)了“銅系”(Physica C 223, 238 (1994); Phys. Rev. B 61, 778(2000)); 中國科學(xué)48, 87405 (2018))、“頂角氧”摻雜系(Nature 375, 301(1995); Phys. Rev. B 74 , 100506(R) (2006);Phys. Rev. B 80, 94523 (2009)(Editor’s Suggestion))等具有新結(jié)構(gòu)的銅基超導(dǎo)材料體系。其中“銅系”超導(dǎo)材料的Tc可高達(dá)118K，并入選《科學(xué)通報》紀(jì)念液氮溫區(qū)超導(dǎo)材料發(fā)現(xiàn)30周年紀(jì)念專輯的封面(科學(xué)通報 62, 3947（2017）)，團隊20余年圍繞銅基超導(dǎo)新材料的系統(tǒng)研究在國際上已形成自己的特色。
通過十萬巴級超高氧壓合成技術(shù)的創(chuàng)新(MRS Advances 2, 2587 (2017))，靳常青指導(dǎo)研究生李文敏制備發(fā)現(xiàn)了一類全新的超導(dǎo)材料Ba2CuO4-y。這是目前唯一呈現(xiàn)壓縮型銅氧局域配位的銅基超導(dǎo)材料。對于壓縮型配位構(gòu)型，銅的3d 3z2-r2軌道將位于x2-y2軌道之上，顯著有別于“傳統(tǒng)”拉伸型配位的軌道序。X射線吸收譜實驗表明，Ba2CuO4-y超導(dǎo)體處于超過摻雜區(qū)，對應(yīng)“傳統(tǒng)”銅基超導(dǎo)體的非超導(dǎo)相區(qū)�，F(xiàn)有主流理論認(rèn)為，壓縮型配位構(gòu)型、超過摻雜載流子濃度、以及可能的特殊的面內(nèi)結(jié)構(gòu)都不利于超導(dǎo)，Ba2CuO4-y仍然表現(xiàn)出了具有高達(dá)73K的超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度。與基本晶體結(jié)構(gòu)相同，具有正常軌道序的La2CuO4體系相比，Ba2CuO4-y的Tc提高了80%以上。這些實驗現(xiàn)象表明，不同于以往傳統(tǒng)類型，Ba2CuO4-y屬于一類全新的銅基超導(dǎo)材料。以上工作近期發(fā)表在《美國國家科學(xué)院院刊》上(W. M. Li et al. PNAS 116, 12156 (2019))。美國科學(xué)院院士、巴丁獎得主，著名超導(dǎo)理論專家Scalapino教授以《高溫超導(dǎo)家族不同分支》(A different branch of the high Tc family)為題，在同期撰寫專題評介。美國國家標(biāo)準(zhǔn)局教授Q.Z.Huang、德國馬普物理化學(xué)研究所教授Z.W.Hu、美國哥倫比亞大學(xué)教授Uemura在中子衍射、光電子吸收譜和uSR譜等實驗表征上給予密切合作，美國佛羅里達(dá)大學(xué)教授Stewart、日本東京大學(xué)教授Uchida參與了實驗結(jié)果討論；研究工作得到國家重大研發(fā)計劃和基金委重大國際合作項目的資助。
（中國粉體網(wǎng)編輯整理/江岸）
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