改进的镍酸盐材料可以提高对高温超导性的认识

时间:2020-04-06 18:36 来源:seo 作者:杏鑫 点击量:

改进的镍酸盐材料可以提高对高温超导性的认识

日本物理研究所的物理学家通过计算揭示了氧化镍材料中电子的行为,这可能有助于寻找高温超导体。

超导体可以携带无电阻的电流,用于制造强大的电磁铁或测量磁场的灵敏仪器。

传统的超导性依赖于一种只在极低温度下发生的电子配对形式,因此超导装置必须用昂贵的液化气体冷却。但大约30年前,研究人员发现,一些铜材料在相对温暖的温度(最高可达140摄氏度)下可以变成超导体。造成这种高温超导现象的根本原因仍不清楚。

2019年,研究人员发现,掺锶的钕氧化镍(Nd0.8Sr0.2NiO2)可以在- 258摄氏度以下超导。这一发现之所以引起人们的注意,并不是因为温度,而是因为这种镍酸盐材料与铜酸盐有着非常相似的晶体结构,它可以作为更好地了解超导性如何在这些材料中起作用的试验台。

镍酸盐材料由交替层的Nd和NiO2组成。理研自然物质科学中心的Yusuke Nomura和他的同事们现在已经研究了这两层中某些电子之间的相互作用是如何影响超导性的。

研究小组的计算表明,NiO2层中的电子之间有很强的相互作用,这与铜酸盐相似,人们认为CuO2层中的强相互作用在其高温超导性中起着关键作用。然而,镍酸盐和铜酸盐之间有一个区别:在镍酸盐中,钕层中的电子被部分占据,形成费米口袋,这是费米表面包围的布里渊区中一个相对较小的区域。这些口袋没有出现在铜,这可能使镍材料一个不完美的模拟铜。

野村的研究小组利用计算模型,研究是否可以通过调整材料的化学成分来消除这些口袋,从而创造出一种与铜酸盐更匹配的镍酸盐。他们发现有两种化合物符合这一要求:氧化钕镍钠(NaNd2NiO4)和氧化镍钙钠(NaCa2NiO3)。野村证券(Nomura)指出:“如果拟议中的镍酸盐被合成,它们将成为真正的铜超导体镍类似物。”

他补充道:“下一步是更系统地阐明镍酸盐和铜酸盐之间的区别和相似之处,并对这两种体系的超导机制有更深入的了解。”

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