我国科学家破译镧镍氧单晶超导抗磁之谜
发布时间: 2025-09-22 10:12:23
近期，中国科学院合肥物质院固体所刘晓迪研究员团队联合吉林大学黄晓丽教授团队、中山大学王猛教授团队利用金刚石氮-空位（Nitrogen vacancy, NV）色心以及电输运手段，在高压下的镧镍氧单晶材料中同步观测到超导零电阻和迈斯纳效应，证实了镧镍氧材料的超导抗磁性，为这类高温超导材料的研究提供了坚实的实验证据。相关结果发表在Physical Review Letters 上。
2023年，镧镍氧材料在高压环境下被报道具有零电阻特性，其转变温度约为80K，这一发现迅速引发了凝聚态物理领域的广泛关注。然而，超导的判定需要同时满足零电阻和抗磁性（迈斯纳效应）两大特征。受限于高压条件下超导体积分数较低，以及传统磁测量技术在高压力环境中的技术瓶颈，镧镍氧材料是否具有迈斯纳效应仍存在争议。
为攻克超导抗磁性测量这一难题，研究团队创新性地将金刚石NV色心量子传感与高压金刚石对顶砧技术相结合，自主搭建了基于固态色心量子传感的高压低温磁探测系统，实现了对镧镍氧单晶局部抗磁性的原位高灵敏度检测。进一步通过将该技术与四探针电输运测量结合，研究人员在同一块单晶样品上同步观测到存在零电阻和迈斯纳效应，为镧镍氧的超导属性判定提供了相互印证的双重实验证据。
研究团队通过系统的压力调控实验，成功揭示了镧镍氧单晶的超导特性随压力变化的演化规律。该研究采用基于自旋量子传感原理的金刚石NV色心技术，该技术在磁测量领域具有优异的灵敏度和空间分辨率。即使在高压环境和材料不均匀性的极端实验条件下，NV色心量子传感技术仍展现出高灵敏度和高分辨率。借助这一技术，研究人员成功实现了对金刚石压砧中高压非均匀超导样品局部抗磁性的高灵敏度检测，测量精度达到微米级空间分辨。
该研究不仅证实了镧镍氧体系的高温超导特性，更凸显出NV色心技术在极端环境磁性测量领域不可替代的独特优势。
合肥物质院为论文的第一单位，合肥物质院刘晓迪研究员、中山大学王猛教授和吉林大学黄晓丽教授为论文共同通讯作者，合肥物质院博士生刘琳和吉林大学博士生郭鉴宁为论文的共同第一作者。上述工作得到了国家自然科学基金、科技部、中国科学院青年创新促进会、合肥物质院院长基金等项目的支持。
文章链接：https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/yvj7-htb4
图1. 镧镍氧单晶迈斯纳效应的测量。
图2. 镧镍氧单晶的电阻曲线。
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