日本東北大學2016年8月22日宣布,成功實現了鉍的層狀氧化物的超導化。此前鉍層狀氧化物被認為是不會顯示出超導性的。在由單原子厚度的鉍薄膜和絕緣體氧化物阻擋層組成的構造中,鉍單原子膜變成了超導狀態。將來,有望采用相同的方法實現其他層狀化合物的超導化。
此次使用的材料是一種名為Y2O2Bi的鉍的層狀氧化物。這是東京工業大學2011年發表過研究成果的材料,具有與作為高溫超導體而為人所知的鐵類化合物BaFe2As2相同的晶體構造。不過,在BaFe2As2中,起到超導作用的是Fe2As2阻擋層,而在Y2O2Bi中,起到超導作用的是Bi單原子膜,兩種材料中起超導作用的位置不同。
以前,雖然Y2O2Bi顯示出了導電性,但并不是超導體。研究人員在2014年成功實現了該材料的外延薄膜生長。在這一過程中,研究人員發現了雖未顯示出零電阻,但電阻在極低溫度下逐漸減小的現象。此次以過多的成分合成了Y2O2Bi的氧,成功觀測到了顯示出零電阻和完全抗磁性性的超導現象。
隨后研究人員通過分析發現,鉍單原子膜之間的間隔(相當于c軸晶體單位長度的一半)稍微擴大了一點。導入氧之后,氧會進入鉍單原子膜與YO阻擋層之間的微小空隙中,使得晶體沿著c軸方向延伸,從而發生超導現象。
研究小組發現,與在HfNCl這樣的裂開面插入很大的有機分子后發現超導現象的情況相比,c軸方向晶體的延伸率非常小,但在這種延伸率條件下,Y2O2Bi的超導轉移溫度的上升率非常大。據介紹,這種非凡的特性可能來源于鉍單原子膜中存在的超導性質。
此次的研究由日本東北大學、東京大學及東京工業大學共同實施,受到了日本科學技術振興機構(JST)的戰略性創造研究推進業務的資助。研究成果已于2016年8月19日(美國東部時間)在《美國化學會志》(JournaloftheAmericanChemicalSociety)網絡快報版上公開。
(來源:技術在線 2016年8月26日)
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