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美科学家造出高温超导“薄膜”
来源:  作者:本站
  在制造超导器件的道路上,一个重要的目标就是要找到作为纳米尺度超导体的材料。这样的超薄超导体将在超导晶体管以及最终的超快、节能电子学中发挥重要作用。

 在10月9日的《自然》杂志上,美国能源部布鲁克海文国家实验室的科学家报告说,他们成功利用多种铜氧化物材料,制造出了双层高温超导薄膜。尽管任何一层材料本身都不具有超导电性,但二者的界面2-3纳米厚的范围内却展现出了一个超导区域。此外,研究人员还进一步证实了,如果暴露于臭氧,该双层材料的超导临界温度可以提升到超过50K,这是一个相对很高的温度,更可能有实际的应用价值。

 领导布鲁克海文薄膜研究小组的物理学家Ivan Bozovic表示,“该研究确切证实了我们在极薄的纳米尺度上创造超导电性的能力。这为更长远的进展打开了局面。”Bozovic预计,未来关于非超导材料的不同组合以及临界温度提升机制的进一步研究,将有望揭开凝聚态物理中的最大疑问之一——高温超导性背后的谜团。

 早在2002年,Bozovic的小组就发现,由两种不同铜基材料形成的双层薄膜,其超导临界温度可以提高25%。不过,当时科学家并不清楚是什么导致了这种提升,以及样品展现出超导性的具体位置。

 在最新的研究中,Bozovic等人利用自主设计制造的原子逐层排列(atomic-layer-by-layer)分子束外延生长系统,将多种绝缘性、金属性和超导性铜基材料以所有可能的组合和层厚度结合,总共合成出200多个单相双层或三层薄膜样品。Bozovic表示,“最大的技术挑战就是要确切证明,这种超导效应不是由两种候选材料间简单混合形成的化学和物理性质都截然不同的第三层导致的。”在研究中,康奈尔大学的合作者已经通过先进的透射电子显微镜(transmission electron microscopy)排除了上述可能性。他们确定了样品的组成化学元素,证明了两层材料保持着差异性。

 Bozovic表示,“现在谈论新研究可能产生的应用为时尚早。不过现阶段我们可以推测,这一成果让人们会在构建三端结超导器件(three-terminal superconducting devices,比如超导场效应晶体管)上前进一步。”

 Bozovic说,“无论未来会有怎样的应用,新研究都极佳地证明了我们在亚纳米尺度上设计和操控材料,开发出特定或增强的功能的能力。”


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