我国科学家发现镍基高温超导机制的重要实验证据
我国科学家发现镍基高温超导机制的重要实验证据
高温超导机理是凝聚态物理领域的“世纪难题”。近日，中国科学技术大学（以下简称中国科大）教授何俊峰研究组与南方科技大学薛其坤院士、陈卓昱副教授研究组合作，在新型镍基高温超导的机理研究中取得重大突破：首次在Ruddlesden-Popper相双层镍氧化物高温超导薄膜中直接观测到无节点超导能隙并发现电子-玻色子耦合，为镍基高温超导机制的两个核心问题“超导能隙对称性”和“超导配对机制”提供了关键实验证据。相关成果5月21日发表于国际学术期刊《科学》。
超导现象自1911年被发现以来，因其极限电磁性能，成为国际科学界的一个重要研究方向。传统超导体的超导转变温度非常低，极大地限制其应用场景。因此，探索高温超导材料、理解高温超导机理成为国际超导研究的关键科学问题。超导发现之后的一个世纪，铜基和铁基两类高温超导材料被发现；然而，由于高温超导机理复杂，经过几十年的探索仍未破解。近期，镍基高温超导的出现，为理解高温超导机理提供了新的机遇。因此，率先获得镍基高温超导机制的关键实验证据成为全球科学家的最新竞技场。
在前期研究中，薛其坤、陈卓昱研究组在镍氧化物薄膜中实现了常压高温超导，为探测镍基高温超导电子结构提供了重要的材料窗口。在本项目研究中，南方科技大学团队负责优化高温超导薄膜生长，获得高质量样品。针对薄膜容易丢失氧进而失去超导的技术“卡点”，中国科大团队牵头、双方联合研发了基于液氮的超高真空低温淬火与样品传输新技术，成功实现样品从深圳到合肥的“超高真空全冷链”传输。最终，运用中国科大团队研制的高分辨率激光角分辨光电子能谱成功实现对高温超导薄膜样品的关键电子结构探测，并结合上海同步辐射光源形成完备测量。此项电子结构测量结果在Ruddlesden-Popper相双层镍氧化物高温超导薄膜中揭示了“无节点超导能隙”和“电子-玻色子耦合”现象，为“超导能隙对称性”和“超导配对机制”这两个高温超导核心问题的理解提供了关键实验证据。