近期，中國(guó)科學(xué)院合肥物質(zhì)院固體所劉曉迪研究員團(tuán)隊(duì)聯(lián)合吉林大學(xué)黃曉麗教授團(tuán)隊(duì)、中山大學(xué)王猛教授團(tuán)隊(duì)利用金剛石氮-空位（Nitrogen vacancy, NV）色心以及電輸運(yùn)手段，在高壓下的鑭鎳氧（La₃Ni₂O_7???）單晶材料中同步觀(guān)測(cè)到超導(dǎo)零電阻和邁斯納效應(yīng)，證實(shí)了鑭鎳氧材料的超導(dǎo)抗磁性，為這類(lèi)高溫超導(dǎo)材料的研究提供了堅(jiān)實(shí)的實(shí)驗(yàn)證據(jù)。相關(guān)結(jié)果發(fā)表在Physical Review Letters 上。

2023年，鑭鎳氧材料在高壓環(huán)境下被報(bào)道具有零電阻特性，其轉(zhuǎn)變溫度約為80 K，這一發(fā)現(xiàn)迅速引發(fā)了凝聚態(tài)物理領(lǐng)域的廣泛關(guān)注。然而，超導(dǎo)的判定需要同時(shí)滿(mǎn)足零電阻和抗磁性（邁斯納效應(yīng)）兩大特征。受限于高壓條件下超導(dǎo)體積分?jǐn)?shù)較低，以及傳統(tǒng)磁測(cè)量技術(shù)在高壓力環(huán)境中的技術(shù)瓶頸，鑭鎳氧材料是否具有邁斯納效應(yīng)仍存在爭(zhēng)議。

為攻克超導(dǎo)抗磁性測(cè)量這一難題，研究團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新性地將金剛石NV色心量子傳感與高壓金剛石對(duì)頂砧技術(shù)相結(jié)合，自主搭建了基于固態(tài)色心量子傳感的高壓低溫磁探測(cè)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)La₃Ni₂O_7???單晶局部抗磁性的原位高靈敏度檢測(cè)。進(jìn)一步通過(guò)將該技術(shù)與四探針電輸運(yùn)測(cè)量結(jié)合，研究人員在同一塊單晶樣品上同步觀(guān)測(cè)到存在零電阻和邁斯納效應(yīng)，為La₃Ni₂O_7???的超導(dǎo)屬性判定提供了相互印證的雙重實(shí)驗(yàn)證據(jù)。

研究團(tuán)隊(duì)通過(guò)系統(tǒng)的壓力調(diào)控實(shí)驗(yàn)，成功揭示了La₃Ni₂O_7???單晶的超導(dǎo)特性隨壓力變化的演化規(guī)律。該研究采用基于自旋量子傳感原理的金剛石NV色心技術(shù)，該技術(shù)在磁測(cè)量領(lǐng)域具有優(yōu)異的靈敏度和空間分辨率。即使在高壓環(huán)境和材料不均勻性的極端實(shí)驗(yàn)條件下，NV色心量子傳感技術(shù)仍展現(xiàn)出高靈敏度和高分辨率。借助這一技術(shù)，研究人員成功實(shí)現(xiàn)了對(duì)金剛石壓砧中高壓非均勻超導(dǎo)樣品局部抗磁性的高靈敏度檢測(cè)，測(cè)量精度達(dá)到微米級(jí)空間分辨。

該研究不僅證實(shí)了La₃Ni₂O_7???體系的高溫超導(dǎo)特性，更凸顯出NV色心技術(shù)在極端環(huán)境磁性測(cè)量領(lǐng)域不可替代的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。

合肥物質(zhì)院為論文的第一單位，合肥物質(zhì)院劉曉迪研究員、中山大學(xué)王猛教授和吉林大學(xué)黃曉麗教授為論文共同通訊作者，合肥物質(zhì)院博士生劉琳和吉林大學(xué)博士生郭鑒寧為論文的共同第一作者。上述工作得到了國(guó)家自然科學(xué)基金、科技部、中國(guó)科學(xué)院青年創(chuàng)新促進(jìn)會(huì)、合肥物質(zhì)院院長(zhǎng)基金等項(xiàng)目的支持。

文章鏈接：https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/yvj7-htb4

圖1. La₃Ni₂O_7???單晶邁斯納效應(yīng)的測(cè)量。

圖2. La₃Ni₂O_7???單晶的電阻曲線(xiàn)。