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SHMFF用戶在強磁場超高壓下合金超導電性研究取得重要進展

2019-01-15 16:42:12 作者：本網整理來源：合肥物質材料科學研究院分享至：

近日，穩態強磁場實驗裝置（SHMFF）用戶中國科學院物理研究所孫力玲研究員課題組在強磁場、超高壓、低溫綜合極端條件下的超導電性研究中取得重要進展，發現在超高壓力下鈮鈦合金的超導轉變溫度和上臨界磁場顯著提升。相關研究成果發表在材料學頂級學術期刊Advanced Materials上。

鈮鈦合金在數千種已知的超導體中以其優異的綜合性能得到廣泛應用，是目前醫用核磁共振和大科學裝置超導磁體中的關鍵材料。孫力玲課題組前期在對由多元過渡族金屬元素組成的高熵合金超導體（TaNb）0.67（HfZrTi）0.33的研究中發現，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），該合金表現出異常穩定的超導電性。由于鈮和鈦是這種高熵合金的主要構成元素，通過對鈮鈦合金超高壓力下超導電性的研究，能加深對高熵合金超導的微觀機制的理解。

近期，孫力玲課題組利用SHMFF對鈮鈦合金超導體在超高壓力下的超導電性進行了系統的研究。發現鈮鈦合金在高達261.7GPa的壓力下仍保持超導電性，這表明鈮鈦合金是目前已知的所有超導體中最耐壓的超導體。同時，這個壓力是已有報導的超導電性存在的最高壓力，在該壓力下鈮鈦合金的超導轉變溫度由常壓下的9.6K提高到了19.1K。在此基礎上，孫力玲課題組的郭靜副研究員在強磁場中心張裕恒院士團隊的郗傳英副研究員和張昌錦研究員的協助下，集成了強磁場（30特斯拉）、超高壓（261.7GPa）、低溫（1.8K）綜合極端條件，對鈮鈦合金在綜合極端條件下的超導性能進行了系統研究。發現該合金超導體在超高壓下的上臨界磁場會有一個顯著的提升，在1.8K溫度下其臨界磁場由15.4T提高到了19T。上海光源同步輻射高壓XRD實驗結果表明，在200GPa壓力下鈮鈦合金沒有發生晶體結構變化，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成的合金超導體在高壓力下其超導電性具有可抵御大形變而穩定存在的特性，為鈮鈦合金及相關材料在強磁場超導磁體的廣泛應用提供了依據。

除了在科學上的重要意義，本工作在技術上實現了國際上在強磁場、超高壓和低溫綜合極端條件下的壓強最高指標，為今后探索綜合極端條件下的物理性質提供了先進的平臺。相關研究成果以“Record-High Superconductivity in Niobium–Titanium Alloy”為題發表于材料學頂級學術期刊Advanced Materials【（2019），1807240】上。

本工作得到了科技部國家重點研發計劃項目，國家自然科學基金委大科學裝置聯合基金項目和儀器研制項目，中科院B類先導項目和松山湖材料實驗室的支持。