Jüngste Entdeckungen von Signaturen der Hochtemperatursupraleitung (HTSC) mit Tc ≈ 80 K bei Drücken über 14 GPa in den Kristallen von La3Ni2O7 haben als neue Familie von HTSC großes Forschungsinteresse geweckt.
Nachfolgende Studien haben jedoch gezeigt, dass die La3Ni2O7-Einkristalle, die mit der Floating-Zone-Methode mit optischer Abbildung unter mäßigem Sauerstoffdruck gezüchtet wurden, einige Probleme mit der Probenqualität aufweisen, wie z. B. chemische Inhomogenität, Sauerstoffleerstellen und Koexistenz der Minoritätsmonoschicht (n=1). , 214) und dreischichtige (n=3, 4310) RP-Phasen.
Diese Komplikationen führen zu erheblichen probenabhängigen Verhaltensweisen bestehender Experimente und zum Fehlen direkter experimenteller Beweise für massives HTSC in der Nickelat-Doppelschicht La3Ni2O7.
Jetzt hat ein Team unter der Leitung von Cheng Jinguang vom Institut für Physik der Chinesischen Akademie der Wissenschaften auf die polykristallinen Proben der Doppelschichtnickelate La3-xPrxNi2O7-δ zurückgegriffen, die in relativ großen Mengen mit besser kontrollierter Qualität und Reproduzierbarkeit hergestellt werden können über das nasschemische Sol-Gel-Verfahren.
Die Forschung ist veröffentlicht im Tagebuch Natur.
La3Ni2O7 ist das n = 2-Mitglied der Ruddlesden-Popper (RP)-Nickelatoxide mit der Bezeichnung Lan+1NinO3n+1 (n = 1, 2, 3, …，∞).
Cheng und seine Mitarbeiter fanden heraus, dass die Probleme mit der Probenqualität von La3Ni2O7 effektiv durch den Ersatz von La durch kleinere Pr-Ionen gelöst werden können, was zur erfolgreichen Synthese von hochreinem La2Ni2O7 mit einer idealen Doppelschicht-RP-Struktur führt.
Diese Probe durchlief einen druckinduzierten Strukturübergang von orthorhombischem Amam zu tetragonalem I4/mmm bei Pc ≈ 11GPa. Ihre kombinierten Messungen des spezifischen Widerstands und der magnetischen Wechselstromsuszeptibilität unter hydrostatischen Drücken lieferten den entscheidenden Beweis für massives HTSC, einschließlich des Nullwiderstands mit hohen Tconset = 82,5 K und Tczero = 60 K und der klaren diamagnetischen Reaktion mit einem supraleitenden Abschirmvolumenanteil von 97 %.
Darüber hinaus zeigten sie mithilfe einer Reihe experimenteller Techniken, dass strukturelle Störungen ungünstige Faktoren für die HTSC von La3Ni2O7 sind.
Diese Ergebnisse liefern entscheidende experimentelle Beweise für Massen-HTSC im unter Druck stehenden La2PrNi2O7, bestätigen die Doppelschicht-RP-Phase als Quelle von HTSC und zeigen die Verwachsungen der Phasen 327/4310 und 327/214 als schädliche Faktoren für Massen-HTSC im La3Ni2O7-δ auf.
Diese Arbeit löst nicht nur die bestehenden Kontroversen, sondern zeigt auch Wege für die weitere Erforschung von Massen-HTSC in Doppelschicht-Nickelaten auf und liefert laut Cheng wertvolle Hinweise für die Optimierung und Synthese von Hochtemperatur-Supraleitern auf Nickelbasis.
Weitere Informationen:
Ningning Wang et al., Bulk-Hochtemperatursupraleitung in unter Druck stehendem tetragonalem La2PrNi2O7, Natur (2024). DOI: 10.1038/s41586-024-07996-8