由東京都立大學(xué)、北海道大學(xué)、廣島大學(xué)和羅馬大學(xué)“智慧之城”校組成的研究團(tuán)隊(duì)在2024年12月宣布，他們新合成的過渡金屬鋯化物（Fe1-xNixZr2）是一種超導(dǎo)體。這一發(fā)現(xiàn)為超導(dǎo)材料的研究開辟了新方向，有望推動(dòng)更高效的能源傳輸和電子設(shè)備開發(fā)。

什么是超導(dǎo)體？

超導(dǎo)體是一類在特定溫度下電阻完全消失的材料，即能夠?qū)崿F(xiàn)無損耗的電流傳輸。除了零電阻，超導(dǎo)體還具有完全抗磁性（邁斯納效應(yīng)），能夠完全排斥磁場(chǎng)。這些特性使超導(dǎo)體在高效電纜、磁懸浮列車、核磁共振成像以及量子計(jì)算等領(lǐng)域有著廣泛應(yīng)用。

兩種非超導(dǎo)物質(zhì)的固溶突破

兩種非超導(dǎo)物質(zhì)的固溶突破研究團(tuán)隊(duì)關(guān)注了兩種非超導(dǎo)物質(zhì)“FeZr2”和“NiZr2”，通過將它們?nèi)芙獠⑹蛊渚鶆蛐纬晒腆w，合成了Fe1-xNixZr2，并對(duì)其晶體結(jié)構(gòu)及物理特性進(jìn)行了深入研究。

通過實(shí)驗(yàn)，研究人員利用電弧熔煉爐合成了多晶樣品，并通過X射線衍射確認(rèn)了其晶體結(jié)構(gòu)的連續(xù)變化。同時(shí)，研究了晶格常數(shù)a和c的Ni取代量依賴性，發(fā)現(xiàn)隨著Ni取代量的增加，a軸變長(zhǎng)，而c軸縮短。這一現(xiàn)象也通過電子顯微鏡和光電子能譜的元素分析得到了驗(yàn)證。

磁化與超導(dǎo)特性

此外，研究團(tuán)隊(duì)還測(cè)量了磁化率、電阻率和比熱，以評(píng)價(jià)超導(dǎo)特性。通過測(cè)量磁化率的溫度依賴性，觀察到隨著Ni取代量的增加，出現(xiàn)了顯著的反磁性信號(hào)，表明超導(dǎo)現(xiàn)象的產(chǎn)生。尤其是在x=0.6時(shí)，材料的超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度達(dá)到了2.8K，并呈現(xiàn)出一個(gè)類似穹頂形狀的超導(dǎo)相圖。這種穹頂型相圖在銅氧化物、鐵系和鎳氧化物高溫超導(dǎo)體中也有體現(xiàn)。

此外，研究還發(fā)現(xiàn)，在室溫下測(cè)量磁化的溫度依賴性時(shí)，30K左右出現(xiàn)了磁化異常。通過磁場(chǎng)冷卻與零磁場(chǎng)冷卻數(shù)據(jù)的對(duì)比，這一現(xiàn)象得以確認(rèn)，表明可能存在磁序。雖然目前磁性機(jī)制尚未完全解明，但研究團(tuán)隊(duì)推測(cè)，NiZr2的磁性在Fe/Ni固溶后被弱化，從而使超導(dǎo)得以發(fā)生，并形成穹頂型的超導(dǎo)相圖。研究團(tuán)隊(duì)計(jì)劃進(jìn)一步探討NiZr2的磁性以及Fe1-xNixZr2的超導(dǎo)特性，以期在TrZr2系中實(shí)現(xiàn)更高的超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度。