科學(xué)島低功耗量子材料研究團(tuán)隊(duì)在過渡族金屬硫化物超導(dǎo)電性研究方面取得重要進(jìn)展

近日，中國科學(xué)院合肥物質(zhì)院強(qiáng)磁場中心低功耗量子材料研究團(tuán)隊(duì)與中國科學(xué)院理化技術(shù)研究所團(tuán)隊(duì)合作，在過渡族金屬硫化物超導(dǎo)電性研究中取得重要進(jìn)展，依托穩(wěn)態(tài)強(qiáng)磁場實(shí)驗(yàn)裝置(shmff)電輸運(yùn)與磁性測量系統(tǒng)，發(fā)現(xiàn)一種具有獨(dú)特晶格結(jié)構(gòu)的新超導(dǎo)材料(inse2)xnbse2，該材料的超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度達(dá)到11.6 k，為常壓下具有最高轉(zhuǎn)變溫度的過渡族金屬硫化物超導(dǎo)體。相關(guān)研究成果發(fā)表在化學(xué)材料頂級學(xué)術(shù)期刊 journal of the american chemical society 上。

過渡族金屬硫化物具有表現(xiàn)出超導(dǎo)電性、二維半導(dǎo)體、拓?fù)淞孔游飸B(tài)等優(yōu)勢，在催化、集成電路、儲能等領(lǐng)域有廣泛應(yīng)用前景，成為當(dāng)前材料物理研究的明星材料。過渡族金屬硫化物超導(dǎo)體中的電荷密度波和超導(dǎo)電性之間的關(guān)系更是長期以來的爭論問題。然而，過渡族金屬硫化物超導(dǎo)體的超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度較低，限制了對其物理性質(zhì)的深入理解。

研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，在nbse2材料的范德瓦爾斯層中插入inse2，可以獲得一種具有獨(dú)特晶格結(jié)構(gòu)的(inse2)xnbse2材料。團(tuán)隊(duì)通過x射線衍射、高分辨能譜分析、原子分辨高角度環(huán)形暗場像差校正掃描透射顯微鏡等綜合手段確定了該材料的結(jié)構(gòu)(圖1)。該材料表現(xiàn)出轉(zhuǎn)變溫度高達(dá)11.6 k的超導(dǎo)電性，這是目前已知的具有最高超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度的過渡族金屬硫化物超導(dǎo)體。進(jìn)一步的研究發(fā)現(xiàn)，該材料的臨界電流密度可達(dá)8.2x105 a/cm2，這個(gè)數(shù)值可以和銅氧化物和鐵基超導(dǎo)體相媲美，顯示出該材料的重要潛在應(yīng)用價(jià)值。

強(qiáng)磁場中心博士研究生牛瑞、李嘉陽為該論文共同第一作者，強(qiáng)磁場中心甄偉立博士后、理化所夏靜研究員、強(qiáng)磁場中心郝寧研究員和張昌錦研究員為共同通訊作者。本工作得到了科技部國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目，國家自然科學(xué)基金委優(yōu)秀青年科學(xué)基金和面上項(xiàng)目，中國科學(xué)院b類先導(dǎo)項(xiàng)目和中國科學(xué)院依托重大科技基礎(chǔ)設(shè)施的建制化基礎(chǔ)研究項(xiàng)目的支持。