“明星”超导材料新性质出现，给未来研究提供新方向 -山东化工网

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“明星”超导材料新性质出现，给未来研究提供新方向

文章来源：贤集网更新时间：2024-05-17 16:16:23

竹编，是中国历史悠久的非遗手工艺技术之一。在南方竹乡，农闲时节，老人们三五成群围坐在院子里，一边聊天，一边十指翻飞，把薄薄的竹片编织成竹篮、竹匾等各种器物，其中由正六边形和三角形交替组成的六角眼，正是最常见的纹样，它有一个别称：笼目。

然而你能想象吗？这种最常见的竹编纹样“笼目”，居然与近年来炙手可热的超导新材料有关。

笼目超导体是一种新型超导材料，由于其特殊的几何结构以及非局域的电子关联作用，已展现出诸多奇异的物理性质，被认为是一种具有重要科学研究价值的新型量子材料。

“高压”引发“竞争”

早在2022年11月，中国科学技术大学陈仙辉院士团队吴涛教授等人就在学术期刊《自然》刊发表了关于笼目超导体的研究成果，他们利用高压下的核磁共振谱学技术，在笼目超导体铯钒锑中观察到一种由压力诱导的新型电荷有序态，并发现该电荷有序态与超导态在压力下呈现出一种类似高温超导体的竞争相图。

在前期研究中，中国科大研究团队发现在压力下，笼目超导体中超导态与电荷密度波态存在反常的竞争行为，表明可能存在尚未被发现的竞争电子序。而探索超导态与竞争电子态之间复杂的演生现象及其物理机制是当前超导研究领域的关键问题之一。

在前期工作基础上，吴涛等人开展了压力下笼目超导体铯钒锑的核磁共振研究，结果表明：当静水压高于约合0.6万个大气压时，体系的超导电性被剧烈地压制，与此同时演生出一种新的电荷密度波态，类似于此前在高温铜氧化物超导体中发现的一种竞争电子序——电荷条纹序。当进一步增加压力至约合2万个大气压以上时，新的电荷密度波态被完全压制，超导转变温度也同时提升至最高值。这些结果表明新的电荷有序态与超导态存在强烈的竞争，是一种新的竞争电子序。此外，研究团队还观察到笼目超导体中电子关联效应导致的电荷涨落现象以及压力下可能的非常规超导电性。

上述实验揭示了笼目超导体中新奇的电子关联效应以及丰富的演生现象，为理解超导态与竞争电子态之间复杂的相互作用机制提供了一个新的契机，也为在笼目超导体中探索新奇超导态提供了一个新的方向。

科学家发现“明星”超导材料新性质

今年5月15日，西湖大学特聘研究员林效团队与西湖大学讲席教授吴从军团队、北京理工大学准聘教授王秩伟团队合作，在《自然》发表相关研究成果。该研究首次报道了单一超导器件、CsV3Sb5材料（铯钒锑，以下缩略为CVS）中存在的零磁场超导二极管效应和磁通量子化形成的超导干涉图案，揭示了CVS材料存在时间反演对称性破缺、超导畴，以及可能的环路超流。

在超导体中，在满足特定温度、磁场的情况下，电流可以“无阻力”地流动。这种“好用”的电流叫做超导电流，可以被用于高效率的电力传输、高灵敏的传感及快速的逻辑器件。超导电流有可能被人类灵活操纵吗？

林效实验室博士后乐天提出了一个“大胆”的猜想：CVS这种新型的超导材料，会不会具有在零磁场的条件下“天然”具备二极管“天赋”？团队最终确认了实验观测到的零磁场超导二极管效应的真实性，从一定程度证明了CVS在超导态的时间反演对称性破缺。

在实验中，他们意外观看到了一场曼妙舞蹈——超导临界电流随磁场变化的周期性振荡图案。通过对CVS器件反复升降温测量，他们发现零磁场超导二极管的极性以及超导干涉图案会发生改变，从而充分证实了超导畴的设想。

吴从军团队基于已有的实验结果构建了超导畴中形成超导环路的理论模型，给出的理论计算与实验结果定性上符合，初步提供了理论的图像。

换句话说，他们首次揭示了超导材料CVS此前从未被发现的一些特质，为未来笼目超导材料和超导量子电子学的研究提供了重要的实验证据和实验方向。

为什么超导研究正处于“黄金时代”？

在科技飞速发展的今天，新材料技术不断突破，其中超导材料无疑是最令人瞩目的科技成果之一。超导材料，顾名思义，是指在一定条件下，电阻为零的导电材料。这种材料具有非常高的导电性和抗磁性，能够在低温下实现零电阻，为人类提供了一种全新的电能传输和储存方式。

超导材料的应用领域极其广泛，涵盖了科技、医学、工业等各个领域。在科技领域，超导材料可以用于高能物理实验、电磁学研究、卫星通信等高科技领域。在医学领域，超导材料可以用于核磁共振成像、医用超导设备等医疗设施。在工业领域，超导材料可以用于大型电动机、发电机、变压器等设备，提高能源利用效率。

超导材料制备和应用存在的挑战

然而，超导材料的制备和应用仍存在一些挑战。首先，超导材料的价格昂贵，需要大量的资金投入。其次，超导材料需要低温环境才能实现零电阻，这需要特殊的冷却设备，增加了应用成本。此外，超导材料的稳定性、可靠性等问题也需要进一步研究和解决。

尽管面临诸多挑战，但超导材料的未来发展前景依然广阔。随着科技的不断进步，超导材料的成本将逐渐降低，体积将逐渐缩小，性能将逐渐提高。未来，超导材料可以应用于高速列车、远距离输电、太阳能发电等领域，实现能源的高效传输和利用。

综上所述，超导材料是未来科技发展的重要方向，具有巨大的潜力和无限的可能性。虽然目前超导材料还存在一些问题和挑战，但随着科技的不断进步和应用的不断深入，相信超导材料将会在更多领域发挥重要作用，为人类带来更多的便利和进步。

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