鈮鈦合金是目前最耐壓的超導(dǎo)體

最近，中國(guó)科學(xué)院物理研究所/北京凝聚態(tài)物理國(guó)家研究中心超導(dǎo)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室和普林斯頓大學(xué)合作，對(duì)鈮鈦合金超導(dǎo)體在超高壓力下的超導(dǎo)電性進(jìn)行了系統(tǒng)的研究。發(fā)現(xiàn)鈮鈦合金在高達(dá)261.7GPa的壓力下仍保持具有零電阻的超導(dǎo)電性，這表明鈮鈦合金是所有超導(dǎo)體中目前已知的最耐壓的超導(dǎo)體。 這個(gè)壓力是已有報(bào)導(dǎo)的超導(dǎo)電性存在的最高壓力。在該壓力下鈮鈦合金超導(dǎo)體超導(dǎo)的轉(zhuǎn)變溫度由常壓下的9.6K提高到了19.1K，合肥強(qiáng)磁場(chǎng)高壓磁阻實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明在211GPa壓力和1.8K溫度下其臨界磁場(chǎng)由15.4T提高到了19T。這是過(guò)渡族金屬元素合金超導(dǎo)體中所發(fā)現(xiàn)的最高超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度和最高臨界磁場(chǎng)。上海光源同步輻射高壓XRD實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在200 GPa壓力下沒(méi)有發(fā)生晶體結(jié)構(gòu)變化，但其體積被壓縮了大約43%。

鈮鈦合金超導(dǎo)體在數(shù)千種已知的超導(dǎo)體中以其優(yōu)異的綜合性能得到廣泛的應(yīng)用，是目前醫(yī)用核磁共振和大科學(xué)裝置超導(dǎo)磁體中的關(guān)鍵材料。鈮鈦合金是一種典型的過(guò)渡族元素組成的二元合金。前期在對(duì)由多元過(guò)渡族金屬元素組成的高熵合金超導(dǎo)體(TaNb)0.67(HfZrTi)0.33的研究中發(fā)現(xiàn)，在超高壓力下（百萬(wàn)大氣壓以上的壓力為超高壓力，100萬(wàn)大氣壓=100 GPa），該合金表現(xiàn)出異常穩(wěn)定的超導(dǎo)電性。由于鈮和鈦是這種高熵合金的主要構(gòu)成元素，通過(guò)對(duì)鈮鈦合金超高壓力下超導(dǎo)電性的研究，能加深對(duì)高熵合金超導(dǎo)的微觀機(jī)制的理解。

上述研究揭示了由過(guò)渡族金屬元素構(gòu)成的合金超導(dǎo)體在高壓力下其超導(dǎo)電性具有可抵御大形變而穩(wěn)定存在的特性，這與銅氧化物和鐵基超導(dǎo)體超導(dǎo)電性對(duì)體積變化的高度敏感性形成了鮮明的對(duì)比，也與后過(guò)渡族金屬元素超導(dǎo)體（價(jià)態(tài)電子中d電子滿殼層）的超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度隨體積壓縮而下降的行為明顯不同。本項(xiàng)研究將高壓極端條件、強(qiáng)磁場(chǎng)和同步輻射等大科學(xué)裝置上的實(shí)驗(yàn)成功結(jié)合，為我國(guó)利用自己的大科學(xué)裝置聯(lián)合開(kāi)展前沿科學(xué)研究提供了一個(gè)新的范例。