高压合成出含有七层CuO2面的CuBa2Ca6Cu7O17±δ单晶

铜氧化物超导体因其展现出的高超导转变温度(T_c)与诸多奇特的物理性质而备受关注。研究表明，在不同的铜氧化物超导体系中，T_c通常遵循以下规律：随着晶胞中CuO₂面层数的增加，T_c先升高后降低，在CuO₂面层数为3层时达到最高值。深入理解该物理现象对于推动非常规超导机理研究具有重要意义，而首要任务便是制备得到晶胞中含有不同CuO₂面层数的高质量样品。然而，由于超多层铜氧化物超导体的合成困难与稳定性问题，相关研究未能得到很好的开展。

近期，南京大学物理学院的闻海虎教授团队利用高温高压方法成功生长了晶胞中含有七层CuO₂面的铜氧化物超导体CuBa₂Ca₆Cu₇O_17±δ单晶样品，为多层铜氧化物的超导物理研究提供了重要平台【Adv. Funct. Mater. 2024, 2414633】。

图1. CuBa₂Ca₆Cu₇O_17±δ单晶的(a) X射线衍射结果；(b) 磁化强度随温度变化曲线；(c) 扫描透射电子显微镜测量结果；(d) 晶体结构示意图。

该样品具有很好的结晶性，在85 K以下展现出体超导电性。磁滞回线测量显示了CuBa₂Ca₆Cu₇O_17±δ样品的磁通钉扎能力。进一步处理数据可得，样品在低温强磁场条件下可无损耗承载高达10⁶ A cm^-2量级的临界电流。该样品的不可逆场较低，使用公式H_irr(T) = H_irr(0)(1 − T/T_c)ⁿ进行拟合可知，样品在T_c以下存在两种不同的磁通钉扎行为。

图2. CuBa₂Ca₆Cu₇O_17±δ单晶的(a) 磁滞回线；(b) 临界电流密度随温度变化曲线；(c) 不可逆场；(d) 不可逆场拟合结果。

此项工作由南京大学闻海虎教授团队主导完成，安徽大学葛炳辉教授课题组开展了扫描透射电子显微镜测量工作。南京大学物理学院的博士毕业生明学和安徽大学李泊玉同学为共同第一作者，闻海虎教授、祝熙宇副教授、葛炳辉教授和宋东升教授为共同通讯作者。该工作得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金、中央高校基础研究基金、中国科学院战略性先导科技专项（B类）和山东省泰山学者项目的支持，研究团队在此表示感谢。