镍氧化物超导体更快更有效地流过电子设备

自从1986年引入高过渡温度超导体，特别是铜酸盐超导体以来，研究人员一直在关注这种强大的耐热材料。它是一种广泛的大规模电力应用材料，如磁性储能装置，故障电流限制器，电机和其他相关装置。

当三十年的研究已经看向发展中一个超导体结构,类似于铜酸盐,领导的一组研究人员约翰·米切尔从美国能源部(DOE)的阿贡国家实验室已经成功地确定了氧化镍化合物,是一种很有前途的化合物对于这样一个努力。

由铜氧化物组成的铜超导体，由于其极高的沸腾温度超过液氮，以及其独特的晶体结构，已经成为一种有趣的电子系统。

配备高过渡温度(高-T_c)的超导性，铜酸超导体表现出准二维(准二维)方晶格，强反铁磁关联是掺杂到CuO中的电子或空穴的结果₂飞机，又强p-d杂交¹．

与传统超导体相比，传统超导体的过渡温度通常低于30开尔文(K)T_c超导体在高达138 K的温度下仍能保持其超导性质。

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这种高温超导体的优势使得电流以更快、更有效的方式流过设备，从而减少了能量的损失，这对这些材料的大规模应用尤其重要。亚博网站下载

由于其在元素周期表上接近铜，镍基氧化物一直是考虑应用的一个主题，因为这种潜在的高T_c超导体。事实上，研究人员已经研究了各种镍氧化物的潜力，比如LaNiO_3.和拉莫_3.最早将于1998年6月纳入作为铜超导体模型²．

虽然早期的研究得出结论，镍3 d和O2 p与铜酸盐相比，镍酸盐与铜酸盐之间存在着微弱的能量联系₄倪_3.O₈，一种三层镍酸盐，其中R代表La或Pr，为本研究目的，已缩短为R438。这种准二维镍酸盐三层结构与铜酸盐超导体的结构非常相似，因为在Ni之间存在高度的轨道极化3 d和O2 p州。

为了创造这种镍酸盐材料中独特的晶体结构，Argonne实验室使用了一个高压光学图像浮动区域熔炉，能够获得高达150个大气压的压力，这相当于在海平面以下5000英尺的压力，以及大约2000°C。

通过结合x射线吸收光谱(XAS)和密度泛函理论(DFT)计算，Argonne团队证实了镍酸盐材料的三层准二维结构，即连续三层共享角的NiO₂，带有R的交替正方形平面₂O₂萤石型层沿c轴^3.．

使用镧(La)在以前的氧化镍高-T_c超导体创造了一种非金属模拟物，它为超导体创造了一个“电荷条纹”相，从而将材料转化为一种绝缘体，从而对抗所需的超导体力。在新研制的氧化镍超导体Pr中加入了镨₄倪_3.O₈避免这种电荷条纹有序阶段。

进一步的XAS测量表明，金属Pr₄倪_3.O₈超导体表现出一种具有显著轨道极化的低自旋结构，与铜系超导体具有可比性。

与它的3 d电子计数，Pr₄倪_3.O₈超导体被认为是与传统的铜酸盐超导体最接近的镍酸盐模拟物，这使得这种材料成为一种有前途的潜在高-T_c未来超导体的发展。

引用:

1. “铜酸盐超导体”——沈斯坦福实验室
2. 可能与铜酸盐类似的镍酸盐的电子结构。美国物理学会。(1998)。DOI: 10.1103 / PhysRevB.59.7901。
3. “金属方形-平面镍酸盐的大轨道极化”，J. Zhang, a . S. Botana, etal .”物理性质。（2017）.DOI: 10.1038 / nphys4149。

图片来源:

Kolotnitska luliia / Shutterstock.com

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