铜氧化物高温超导体自1986年被发现以来,就一直是超导乃至凝聚态物理研究的核心和前沿课题。人们通过替换铜氧化物中的载流子库层和调节超导的CuO2面层数陆续发现了很多临界温度超过液氮温度的铜氧化物超导体,如Y-系(123, Tc ~ 90K), Bi-系 (2223, Tc ~110K), Tl-系(2223, Tc ~125K)和Hg-系 (1234,Tc ~ 124K)等等。然而Tl,Hg等毒性元素,以及液氮温区较低的不可逆磁场和临界电流局限了铜氧化物超导体的强电应用。因此寻找液氮温度以上,且不可逆磁场更高的无毒性超导体是开展高温超导应用的重要前提。

利用高温高压的合成手段又发现了一个新的无毒高温铜氧化物家族Ga-Ba-Ca-Cu-O。该铜氧超导家族在结构上与Hg-系,(Cu,C)-系相似,只是将原有的载流子库层替换为GaO层。Ga与Hg,Tl等相比没有毒性,有可能也会有较高的不可逆场。X射线结构分析以及电镜的结果表明该家族存在GaBa2Ca5Cu6O14+δ (Ga-1256),GaBa2Ca3Cu4O10+δ (Ga-1234), GaBa2Ca2Cu3O8+δ (Ga-1223)等一系列化合物。磁化和电阻的数据显示该系统的超导转变温度可以达到116K。上述部分成果发表在【Science China-Physics, Mechanics & Astronomy 61, 097412 (2018)】上。

图1. Ga-1234和Ga-1256超导体的晶体结构和Ga-1234磁化率随温度变化曲线


该成果是由闻海虎教授团队完成的,张越博士生是文章第一作者,闻海虎教授和祝熙宇副教授为共同通讯作者。此工作得到教育部一流学科建设,国家重点专项“量子调控项目”,自然科学基金委和2011计划“人工微结构科学与技术协同创新中心”的支持,在此表示感谢。