近期,中國科學院合肥物質科學研究院固體物理研究所劉曉迪團隊,聯合吉林大學黃曉麗團隊、中山大學王猛團隊,利用金剛石氮-空位(NV)色心以及電輸運手段,在高壓下的鑭鎳氧(La₃Ni₂O_7???)單晶材料中同步觀測到超導零電阻和邁斯納效應,證實鑭鎳氧材料的超導抗磁性,為高溫超導材料研究提供了實驗證據。

2023年,鑭鎳氧材料在高壓環境下被報道具有零電阻特性,其轉變溫度約為80 K。然而,超導體的判定需要同時滿足零電阻和抗磁性兩大特征。受限于樣品質量和高壓測量條件等技術瓶頸,鎳氧化物是否具有完全抗磁性存在爭議。

為攻克超導抗磁性測量難題,研究團隊將金剛石NV色心量子傳感與高壓金剛石對頂砧技術相結合,自主搭建基于固態色心量子傳感的高壓低溫磁探測系統,實現了對La₃Ni₂O_7???單晶局部抗磁性的原位高靈敏度檢測。進一步,研究人員將該技術與四探針電輸運測量結合,在同一塊單晶樣品上同步觀測到存在零電阻和邁斯納效應,為La₃Ni₂O_7???的超導屬性判定提供了相互印證的雙重實驗證據。

科研團隊通過系統的壓力調控實驗,揭示了La₃Ni₂O_7???單晶的超導特性隨壓力變化的演化規律。團隊采用基于自旋量子傳感原理的金剛石NV色心技術開展研究。這一技術在磁測量領域具有優異的靈敏度和空間分辨率。即使在高壓環境和材料不均勻性的極端實驗條件下,NV色心量子傳感技術仍展現出高靈敏度和高分辨率。借助這一技術,團隊實現了對金剛石壓砧中高壓非均勻超導樣品局部抗磁性的高靈敏度檢測,測量精度達到微米級空間分辨。

上述研究證實了La₃Ni₂O_7???體系的高溫超導特性,凸顯出NV色心技術在極端環境磁性測量領域的優勢。

相關研究成果發表在《物理評論快報》(Physical Review Letters)上。研究工作得到國家自然科學基金委員會、科學技術部、中國科學院等的支持。

論文鏈接

La₃Ni₂O_7???單晶邁斯納效應的測量

La₃Ni₂O_7???單晶的電阻曲線