測量概念圖。(研究團(tuán)隊(duì)供圖)

記者20日從中國科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院了解到,該院固體物理研究所劉曉迪研究員團(tuán)隊(duì)聯(lián)合吉林大學(xué)黃曉麗教授團(tuán)隊(duì)、中山大學(xué)王猛教授團(tuán)隊(duì),利用量子精密測量等手段,在高壓下的鎳氧化物單晶材料中同步觀測到零電阻和抗磁性,證實(shí)了鎳氧化物的高溫超導(dǎo)特性。相關(guān)研究成果發(fā)表在國際學(xué)術(shù)期刊《物理評論快報(bào)》上。

超導(dǎo)體是指在特定溫度條件下電阻為零且呈現(xiàn)完全抗磁性的材料,在眾多高技術(shù)領(lǐng)域擁有巨大應(yīng)用潛力。迄今為止,科學(xué)家已發(fā)現(xiàn)數(shù)十種金屬元素及其合金在冷卻到接近絕對零度時(shí)會(huì)變成超導(dǎo)體。但這些材料實(shí)現(xiàn)超導(dǎo)條件苛刻,需要液氦或液氮制冷,并且多數(shù)還需要引入高壓環(huán)境,難以實(shí)際應(yīng)用。尋找更高溫度的超導(dǎo)材料成為國際科學(xué)界的一個(gè)重要研究方向。

2023年,我國科研人員發(fā)現(xiàn)鎳氧化物單晶在高壓下存在臨界溫度約80K(約零下193攝氏度)的高溫超導(dǎo)現(xiàn)象,掀起了鎳基高溫超導(dǎo)的研究熱潮。然而,超導(dǎo)體的判定需要同時(shí)滿足零電阻和抗磁性兩大特征。受限于樣品質(zhì)量及高壓測量條件等技術(shù)瓶頸,鎳氧化物是否具有完全抗磁性仍存在爭議。

為攻克超導(dǎo)抗磁性測量這一難題,研究團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新性地將量子精密測量技術(shù)與高壓對頂砧技術(shù)相結(jié)合,自主搭建了基于金剛石NV色心量子傳感的高壓低溫磁探測系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)了對鎳氧化物單晶抗磁性的高靈敏度探測。利用該系統(tǒng),研究人員成功捕獲到鎳氧化物材料在超導(dǎo)狀態(tài)下的抗磁信號,首次提供了零電阻與抗磁性并存的關(guān)鍵實(shí)驗(yàn)證據(jù)。

據(jù)介紹,該研究不僅證實(shí)了鎳氧化物的高溫超導(dǎo)特性,也凸顯出量子精密測量在極端環(huán)境磁性測量領(lǐng)域的獨(dú)特優(yōu)勢。