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日本成功实现铋单原子膜的超导化

放大字体  缩小字体 发布日期:2016-08-26  浏览次数:2081

日本东北大学2016年8月22日宣布,成功实现了的层状氧化物的超导化。此前铋层状氧化物被认为是不会显示出超导性的。在由单原子厚度的铋薄膜和绝缘体氧化物阻挡层组成的构造中,铋单原子膜变成了超导状态。将来,有望采用相同的方法实现其他层状化合物的超导化。

此次使用的材料是一种名为Y2O2Bi的铋的层状氧化物。这是东京工业大学2011年发表过研究成果的材料,具有与作为高温超导体而为人所知的铁类化合物 BaFe2As2相同的晶体构造。不过,在BaFe2As2中,起到超导作用的是Fe2As2阻挡层,而在Y2O2Bi中,起到超导作用的是Bi单原子膜,两种材料中起超导作用的位置不同。

以前,虽然Y2O2Bi显示出了导电性,但并不是超导体。研究人员在2014年成功实现了该材料的外延薄膜生长。在这一过程中,研究人员发现了虽未显示出零电阻,但电阻在极低温度下逐渐减小的现象。此次以过多的成分合成了Y2O2Bi的氧,成功观测到了显示出零电阻和完全抗磁性性的超导现象。

随后研究人员通过分析发现,铋单原子膜之间的间隔(相当于c轴晶体单位长度的一半)稍微扩大了一点。导入氧之后,氧会进入铋单原子膜与YO阻挡层之间的微小空隙中,使得晶体沿着c轴方向延伸,从而发生超导现象。

研究小组发现,与在HfNCl这样的裂开面插入很大的有机分子后发现超导现象的情况相比,c轴方向晶体的延伸率非常小,但在这种延伸率条件下,Y2O2Bi的超导转移温度的上升率非常大。据介绍,这种非凡的特性可能来源于铋单原子膜中存在的超导性质。

此次的研究由日本东北大学、东京大学及东京工业大学共同实施,受到了日本科学技术振兴机构(JST)的战略性创造研究推进业务的资助。研究成果已于2016 年8月19日(美国东部时间)在《美国化学会志》(Journal of the American Chemical Society)网络快报版上公开。

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