汞基铜氧化物超导体刷新零电阻温度纪录，常压下推进至约151K

B910化工消息：6月24日消息，休斯顿大学与美国能源部（DOE）阿贡国家实验室的研究团队将一类汞基铜氧化物（cuprate）超导体的零电阻温度纪录向前推进，打破了保持超过30年的旧有上限，相关成果发表于《美国国家科学院院刊》（PNAS）。这一突破聚焦于由汞、钡、钙、铜和氧组成的铜氧化物材料——即HgBa₂Ca₂Cu₃O₈+δ（HBCCO），该体系自1993年起即在约133K（约零下220华氏度）的常压超导温度上长期称雄，高压下可达164K。

三十多年来，超导领域面临的根本难题在于：多数已知超导体仅在接近绝对零度的极低温下工作，维持如此超低温需要复杂昂贵的冷却系统，使其应用被限制在MRI磁体、粒子加速器等小众场景。研究团队此次将零电阻温度提升了约30华氏度，达到约零下190华氏度（约151K），并使材料在撤除外部压力后仍能保持超导态，这是相较此前仅能在极高压下实现接近室温超导的关键差异。

团队采用被称为“压力淬火”（pressure-quench protocol）的方法应对这一挑战：先将铜氧化物样品置于金刚石压砧（diamond anvil cell）中，施加接近30吉帕（约相当于海底压力的300倍）的压力，随后在保留材料超导结构的前提下快速卸压。阿贡物理学家、论文共同作者Hua Zhou表示，这是迈向在室温和常压下工作的实用超导体的“重要一步”，由于材料在常压下仍保持超导，科学家可借助常规仪器对其进行研究，并开始开发在常态条件下运行的技术。

理解纪录为何被打破同样关键。阿贡先进光子源（APS）的16-ID-B光束线是全球少数能在如此极端条件下研究材料的设施之一，其高强度、紧密聚焦的X射线束让科学家得以在压力淬火过程中探测铜氧化物内部微观结构的细微变化。APS团队负责人Maddury Somayazulu解释，施加高压改变了材料中原子间距，迫使原子进入新的排列并储存能量；若缓慢卸压，原子会松弛回到常态结构，而快速卸压则使部分缺陷“冻结”在有序晶格中，正是这些缺陷似乎稳定了超导态，使样品无需持续加压即可在更高温度下超导。

该成果的应用前景集中在电力输送、更高效的发电与用电以及潜在的实用化聚变能源系统和量子器件方向。历经近年完成的重大升级，APS现在可产生比以往亮500倍、聚焦更紧的X射线束，能够集中到比人发细数千倍的尺度，使研究人员能够更好地将材料微观层面的变化与其在真实条件下的表现联系起来。研究资金来源包括Enterprise Science Fund、得克萨斯州、美国空军科学研究办公室拨款、T.L.L. Temple基金会、John J. and Rebecca Moores捐赠基金以及DOE基础能源科学办公室。 （来源：AZoM）