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2018年第1期 总第015期 1月
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高熵合金Ta-Nb-Hf-Zr-Ti在超高压力下超导电性稳定性的发现

  高熵合金的概念是20世纪90年代基于对大块非晶合金研究的背景下提出的。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分布构成的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,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,而且在电阻-温度曲线上表现出独特的超导转变特性。

  最近,中国科学院物理研究所/北京凝聚态物理国家实验室(筹)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样品的超导电性进行了系统的原位超高压研究。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(见图),而且在如此大的压力范围内其超导转变温度变化很小。在上海光源完成的高压同步辐射XRD实验结果表明在96 GPa的压力下,样品的体积被压缩~28 %,但没有发生结构相变。该项研究结果表明(TaNb)0.67(HfZrTi)0.33高熵合金超导体在超高压产生的大变形量下仍能很好的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,也对超导理论方面完整的理解超导机制提供了新的实验依据。此外,还为满足对在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对该项成果在其 Research Highlight 栏目中以 “Super-squeezing can't crush this superconductor's powers” 为题做了报道。

  该项研究得到了科技部(2017YFA0302900,2016YFA0300300,2017YFA0303103), 基金委(91321207,11427805, U1532267,11604376)和中科院B类先导项目(XDB07020300)的资助。

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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