鈮鈦合金是目前最耐壓的超導(dǎo)體

最近，中國科學(xué)院物理研究所/北京凝聚態(tài)物理國家研究中心超導(dǎo)國家重點(diǎn)實驗室和普林斯頓大學(xué)合作，對鈮鈦合金超導(dǎo)體在超高壓力下的超導(dǎo)電性進(jìn)行了系統(tǒng)的研究。發(fā)現(xiàn)鈮鈦合金在高達(dá)261.7GPa的壓力下仍保持具有零電阻的超導(dǎo)電性，這表明鈮鈦合金是所有超導(dǎo)體中目前已知的最耐壓的超導(dǎo)體。 這個壓力是已有報導(dǎo)的超導(dǎo)電性存在的最高壓力。在該壓力下鈮鈦合金超導(dǎo)體超導(dǎo)的轉(zhuǎn)變溫度由常壓下的9.6K提高到了19.1K，合肥強(qiáng)磁場高壓磁阻實驗結(jié)果表明在211GPa壓力和1.8K溫度下其臨界磁場由15.4T提高到了19T。這是過渡族金屬元素合金超導(dǎo)體中所發(fā)現(xiàn)的最高超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度和最高臨界磁場。上海光源同步輻射高壓XRD實驗結(jié)果表明，在200 GPa壓力下沒有發(fā)生晶體結(jié)構(gòu)變化，但其體積被壓縮了大約43%。

鈮鈦合金超導(dǎo)體在數(shù)千種已知的超導(dǎo)體中以其優(yōu)異的綜合性能得到廣泛的應(yīng)用，是目前醫(yī)用核磁共振和大科學(xué)裝置超導(dǎo)磁體中的關(guān)鍵材料。鈮鈦合金是一種典型的過渡族元素組成的二元合金。前期在對由多元過渡族金屬元素組成的高熵合金超導(dǎo)體(TaNb)0.67(HfZrTi)0.33的研究中發(fā)現(xiàn)，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(xiàn)出異常穩(wěn)定的超導(dǎo)電性。由于鈮和鈦是這種高熵合金的主要構(gòu)成元素，通過對鈮鈦合金超高壓力下超導(dǎo)電性的研究，能加深對高熵合金超導(dǎo)的微觀機(jī)制的理解。

上述研究揭示了由過渡族金屬元素構(gòu)成的合金超導(dǎo)體在高壓力下其超導(dǎo)電性具有可抵御大形變而穩(wěn)定存在的特性，這與銅氧化物和鐵基超導(dǎo)體超導(dǎo)電性對體積變化的高度敏感性形成了鮮明的對比，也與后過渡族金屬元素超導(dǎo)體（價態(tài)電子中d電子滿殼層）的超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度隨體積壓縮而下降的行為明顯不同。本項研究將高壓極端條件、強(qiáng)磁場和同步輻射等大科學(xué)裝置上的實驗成功結(jié)合，為我國利用自己的大科學(xué)裝置聯(lián)合開展前沿科學(xué)研究提供了一個新的范例。