上海光源BL15U1用户发现超高压力下高熵合金Ta-Nb-Hf-Zr-Ti的超导电性稳定性

2017/12/26 | 【 【打印】【关闭】 | 访问次数:

高熵合金的概念是20世纪90年代基于对大块非晶合金的研究背景下提出的。高熵合金通常由五种以上等原子比或近等原子比的元素组成,并且每种元素在晶格点阵上呈无规则的分布,构成具有简单晶体结构的固溶体,其在热力学上表现为混合熵高。高熵合金在多方面表现出优异的性能,如突出的比强度、优异的高温机械性能和低温断裂韧性等,使人们对其应用前景有所期待。近年,科研人员在具有体心立方结构的五元高熵合金Ta-Nb-Hf-Zr-Ti中发现了超导电性,并且在电阻-温度曲线上表现出独特而清晰的超导转变特性。

最近,中国科学院物理研究所超导国家重点实验室郭静副研究员、博士生王红红和孙力玲研究员及合作者与普林斯顿大学Cava教授研究组合作,对其提供的高质量高熵合金(TaNb)0.67(HfZrTi)0.33的超导电性进行了系统的原位超高压研究。研究人员发现该合金在压力下具有令人惊奇的稳定零电阻的超导电性,在高达190.6 GPa的压力范围内能保持其电阻-温度曲线的超导转变陡降和清晰的零电阻行为(如图所示),并且在如此高的压力范围内其超导转变温度变化很小。在上海光源BL15U1线站完成的高压同步辐射XRD实验结果显示,在96 GPa的压力下,(TaNb)0.67(HfZrTi)0.33晶体的体积被压缩了~28 %,但没有发生结构相变,表明(TaNb)0.67(HfZrTi)0.33高熵合金超导体在超高压产生大的变形量下仍能很好地保持其常压相所具有的超导电性。该发现不仅丰富了人们对超导实验现象的了解,也给从超导理论方面完整地理解超导机制提供了新的实验依据;同时,也为满足超高压等极端条件下服役的超导材料的潜在需求提供了一种候选合金。该项研究结果发表在美国科学院院刊PNAS (114(2017)13144)上,Nature在其Research Highlight栏目对该项成果做了题为Super-squeezing can’t crush this superconductor’s powers的报道。

该项研究得到了科技部、基金委和中科院B类先导项目的资助。(先进成像与工业应用部  供稿)

相关工作链接:

http://www.pnas.org/content/114/50/13144.full.pdf 

https://www.nature.com/articles/d41586-017-08237-x

高熵合金(TaNb)0.67(HfZrTi)0.33超导转变温度-压力相图(平面图)和不同压力下电阻-温度曲线(侧面图)。相图中实心红点和绿点为别为两轮超高压力下测得的样品的零电阻转变温度。

 

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