中國(guó)粉體網(wǎng)訊  銅氧化物高溫超導(dǎo)體（簡(jiǎn)稱(chēng)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(duì)它的微觀機(jī)制破解入選Science 125個(gè)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(tuán)和挑戰(zhàn)之一。由于銅基超導(dǎo)體很強(qiáng)的Jahn Teller效應(yīng)和層間庫(kù)倫作用，沿c方向的銅氧鍵長(zhǎng)大于銅氧平面內(nèi)的鍵長(zhǎng)，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(duì)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(qiáng)烈雜化。這個(gè)圖像構(gòu)成對(duì)銅基超導(dǎo)材料認(rèn)識(shí)的出發(fā)點(diǎn)(參閱：Keimer et al Nature 518, 179~186 (2015))。

中國(guó)科學(xué)院物理研究所/北京凝聚態(tài)物理國(guó)家研究中心極端條件物理重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室研究員靳常青與合作者長(zhǎng)期開(kāi)展銅基超導(dǎo)材料新結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和高壓合成，研究對(duì)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(jiǎn)單化學(xué)組分。選擇這個(gè)簡(jiǎn)單組分的獨(dú)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(yùn)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(guó)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(bào)》紀(jì)念液氮溫區(qū)超導(dǎo)材料發(fā)現(xiàn)30周年紀(jì)念專(zhuān)輯的封面(科學(xué)通報(bào) 62, 3947（2017）)，團(tuán)隊(duì)20余年圍繞銅基超導(dǎo)新材料的系統(tǒng)研究在國(guó)際上已形成自己的特色。

通過(guò)十萬(wàn)巴級(jí)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(lèi)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(duì)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(shí)驗(yàn)表明，Ba₂CuO₄-y超導(dǎo)體處于超過(guò)摻雜區(qū)，對(duì)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(guò)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(shí)驗(yàn)現(xiàn)象表明，不同于以往傳統(tǒng)類(lèi)型，Ba₂CuO₄-y屬于一類(lèi)全新的銅基超導(dǎo)材料。以上工作近期發(fā)表在《美國(guó)國(guó)家科學(xué)院院刊》上(W. M. Li et al. PNAS 116, 12156 (2019))。美國(guó)科學(xué)院院士、巴丁獎(jiǎng)得主，著名超導(dǎo)理論專(zhuān)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(xiě)專(zhuān)題評(píng)介。美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)局教授Q.Z.Huang、德國(guó)馬普物理化學(xué)研究所教授Z.W.Hu、美國(guó)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(shí)驗(yàn)表征上給予密切合作，美國(guó)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(shí)驗(yàn)結(jié)果討論；研究工作得到國(guó)家重大研發(fā)計(jì)劃和基金委重大國(guó)際合作項(xiàng)目的資助。

（中國(guó)粉體網(wǎng)編輯整理/江岸）

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