美国能源部SLAC国家加速器实验室和斯坦福大学的研究人员表示，他们已经找到了一种方法，可以制造出一种令人兴奋的新型氧化镍超导体薄膜，并且该薄膜不会产生扩展缺陷。

他们说，这不仅提高了材料的无损耗导电能力，而且还使他们能够首次发现其在超导状态下和非超导状态下的真实性质和特性。

他们对没有缺陷的超导氧化镍或镍酸盐的首次观察表明，它比以前想象的更像铜酸盐——铜酸盐保持着常压下非常规超导性的世界高温记录。例如，当镍酸盐经过调整以优化其超导性，然后加热到其超导温度以上时，其对电流流动的阻力以线性方式增加，就像铜酸盐一样。

他们说，这些惊人的相似之处可能意味着这两种截然不同的材料以几乎相同的方式实现超导。

这是35年来开发可在接近室温下运行的超导体的探索中的最新一步，这将彻底改变电子、交通、电力传输和其他技术，使它们能够在没有浪费能源的电阻的情况下运行。

由SLAC斯坦福材料与能源科学研究所(SIMES)所长HaroldHwang领导的研究小组在《自然》杂志上描述了他们的工作。

SIMES博士后研究员KyuhoLee对镍酸​​盐四超导性的发现做出了贡献，他表示：“镍酸盐薄膜确实不稳定，到目前为止，我们将其稳定在其他材料之上的努力已经产生了类似于电子减速带的缺陷。”几年前，从那时起就一直在研究它们。

“这些质量问题引发了许多关于镍酸盐特性的争论和悬而未决的问题，研究小组报告的结果差异很大，”李说。“因此，消除缺陷是一项重大突破。这意味着我们最终可以解决这些材料和非常规超导背后的基础物理问题。”

Jenga化学反应和恰到好处的配合

这些缺陷有点像错位的拉链齿，是由黄氏团队最初创造并稳定镍酸盐薄膜的同一创新工艺产生的。

他们首先制造一种称为钙钛矿的常见材料。他们对其进行“掺杂”以改变其电导率，然后将其暴露于化学物质中，从而巧妙地从其分子结构中去除氧原子层，就像从叠叠乐塔中移走一根棍子一样。随着氧层的消失，薄膜形成了一种新的结构——被称为无限层镍酸盐——可以实现超导性。

这种新结构的原子晶格占据的表面积比原来的稍大。考虑到这一点，他们在基础或基材上制作了薄膜，这将非常适合最终的展开产品，李说。

这张超导镍酸盐材料的图像是用先进的电子显微镜制作的，可以显示单个原子，显示出微妙的缺陷——类似于不匹配的拉链齿——当材料在不太合适的基材上生长时就会形成这种缺陷。插图(右)放大显示这些缺陷区域之一(顶部)中的原子如何偏离其正常排列(底部所示)。SLAC和斯坦福大学的研究人员找到了一种生长镍酸盐的方法，可以消除这些缺陷，使他们第一次清楚地看到其特性。图片来源：《自然》(2023)。DOI：10.1038/s41586-023-06129-x

但它与起始材料的原子晶格不匹配，当起始材料试图舒适地贴合到基材上时，会产生缺陷，而这些缺陷也会影响到最终的镍酸盐。

黄说，这就好像两个不同身材的朋友必须共用一件外套。如果这件外套非常适合较小的朋友，那么较大的朋友就很难拉上拉链。如果它非常适合较大的朋友，它会像帐篷一样挂在较小的朋友身上，让寒冷进入。中间尺寸可能不是最适合他们中的任何一个，但它足够接近，可以让他们既温暖又安全。快乐的。

这就是李和他的同事所追求的解决方案。

在一系列细致的实验中，他们使用了类似于中间涂层的基材。其表面的原子结构与起始材料和最终材料足够接近，因此最终的镍酸盐没有缺陷。Lee表示，由于系统变得更加清洁，该团队已经开始在镍酸盐中看到一些有趣的物理现象。

“这意味着，”黄说，“我们越来越接近测量这些材料的内在特性。通过分享如何制造无缺陷镍酸盐的细节，我们希望使整个领域受益”。