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

什么是超導體？

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

兩種非超導物質的固溶突破

兩種非超導物質的固溶突破研究團隊關注了兩種非超導物質“FeZr2”和“NiZr2”，通過將它們溶解并使其均勻形成固體，合成了Fe1-xNixZr2，并對其晶體結構及物理特性進行了深入研究。

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

磁化與超導特性

此外，研究團隊還測量了磁化率、電阻率和比熱，以評價超導特性。通過測量磁化率的溫度依賴性，觀察到隨著Ni取代量的增加，出現了顯著的反磁性信號，表明超導現象的產生。尤其是在x=0.6時，材料的超導轉變溫度達到了2.8K，并呈現出一個類似穹頂形狀的超導相圖。這種穹頂型相圖在銅氧化物、鐵系和鎳氧化物高溫超導體中也有體現。

此外，研究還發(fā)現，在室溫下測量磁化的溫度依賴性時，30K左右出現了磁化異常。通過磁場冷卻與零磁場冷卻數據的對比，這一現象得以確認，表明可能存在磁序。雖然目前磁性機制尚未完全解明，但研究團隊推測，NiZr2的磁性在Fe/Ni固溶后被弱化，從而使超導得以發(fā)生，并形成穹頂型的超導相圖。研究團隊計劃進一步探討NiZr2的磁性以及Fe1-xNixZr2的超導特性，以期在TrZr2系中實現更高的超導轉變溫度。