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超導電性通常依賴材料的高壓亞穩(wěn)態(tài)晶體結構，將高壓誘導的超導態(tài)“鎖定”在常壓環(huán)境，是超導領域研究面臨的挑戰(zhàn)。
近日，中國科學院合肥物質科學研究院等團隊利用化學取代結合高壓調控策略，“捕獲”MnSe0.5Te0.5材料中的高壓超導B31型正交相，并將其穩(wěn)定在常壓條件下。
研究人員通過高壓調控晶體與電子結構，并在超高壓下觀測到接近室溫的超導現(xiàn)象。然而，這類超導狀態(tài)依賴高壓下的亞穩(wěn)態(tài)結構，超導相僅能在壓力環(huán)境中才能維持穩(wěn)定，一旦卸壓便迅速恢復至初始非超導態(tài)，制約了高壓超導走向實際應用。在錳基硫族化合物中，超導往往與特定的正交B31結構相關，但該結構通常需要高壓維持。
基于這個挑戰(zhàn)，該研究采用化學取代陰離子位點、抬高卸壓勢壘以誘導不可逆相變的策略，在錳基硫族合金MnSe0.5Te0.5中實現(xiàn)了B31高壓相的常壓“捕獲”。這種結構承載的超導態(tài)在卸壓過程中可維持至4GPa，突破了高壓亞穩(wěn)超導態(tài)“卸壓即消失”的局限。
研究通過構建壓力—溫度實驗相圖，揭示了MnSe0.5Te0.5中結構、磁性與超導轉變的演化規(guī)律。壓縮過程中，反鐵磁序在約16.1GPa被急劇壓制，超導隨之出現(xiàn)；正常態(tài)電阻率指數(shù)n從1.9降至1.5，標志著費米液體到非費米液體的轉變，證實非常規(guī)超導配對機制。卸壓過程中n穩(wěn)定在1.5附近，微弱的反鐵磁關聯(lián)重現(xiàn)并與超導共存。這一路徑依賴行為歸因于化學無序與非靜水壓卸壓引入的缺陷導致的“無序釘扎量子臨界漲落”，該效應促進了超導。研究還揭示了姜—泰勒畸變觸發(fā)類派爾斯Mn-Mn聚合效應誘發(fā)超導的鏈條。
該研究通過化學取代引入化學應力調控相變勢壘，改變高壓相變路徑誘發(fā)不可逆相變，將高壓下的亞穩(wěn)超導相“鎖定”在常壓環(huán)境中，為在近常壓環(huán)境下設計和穩(wěn)定高壓超導相提供了新思路。
相關研究成果發(fā)表在《先進材料》（Advanced Materials）上。研究工作得到國家自然科學基金等的支持。 |
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