SHMFF用户在强磁场超高压下合金超导电性研究取得重要进展

近日，稳态强磁场实验装置（SHMFF）用户中国科学院物理研究所孙力玲研究员课题组在强磁场、超高压、低温综合极端条件下的超导电性研究中取得重要进展，发现在超高压力下铌鈦合金的超导转变温度和上临界磁场显著提升。相关研究成果发表在材料学顶级学术期刊Advanced Materials上。

铌鈦合金在数千种已知的超导体中以其优异的综合性能得到广泛应用，是目前医用核磁共振和大科学装置超导磁体中的关键材料。孙力玲课题组前期在对由多元过渡族金属元素组成的高熵合金超导体(TaNb)0.67(HfZrTi)0.33的研究中发现，在超高压力下（百万大气压以上的压力为超高压力，100万大气压=100 GPa），该合金表现出异常稳定的超导电性。由于铌和鈦是这种高熵合金的主要构成元素，通过对铌鈦合金超高压力下超导电性的研究，能加深对高熵合金超导的微观机制的理解。

近期，孙力玲课题组利用SHMFF对铌鈦合金超导体在超高压力下的超导电性进行了系统的研究。发现铌鈦合金在高达261.7GPa的压力下仍保持超导电性，这表明铌鈦合金是目前已知的所有超导体中最耐压的超导体。同时，这个压力是已有报导的超导电性存在的最高压力，在该压力下铌鈦合金的超导转变温度由常压下的9.6K提高到了19.1K。在此基础上，孙力玲课题组的郭静副研究员在强磁场中心张裕恒院士团队的郗传英副研究员和张昌锦研究员的协助下，集成了强磁场（30特斯拉）、超高压（261.7GPa）、低温（1.8K）综合极端条件，对铌鈦合金在综合极端条件下的超导性能进行了系统研究。发现该合金超导体在超高压下的上临界磁场会有一个显著的提升，在1.8K温度下其临界磁场由15.4T提高到了19T。上海光源同步辐射高压XRD实验结果表明，在200GPa压力下铌鈦合金没有发生晶体结构变化，但其体积被压缩了大约43%。上述研究揭示了由过渡族金属元素构成的合金超导体在高压力下其超导电性具有可抵御大形变而稳定存在的特性，为铌鈦合金及相关材料在强磁场超导磁体的广泛应用提供了依据。

除了在科学上的重要意义，本工作在技术上实现了国际上在强磁场、超高压和低温综合极端条件下的压强最高指标，为今后探索综合极端条件下的物理性质提供了先进的平台。相关研究成果以“Record-High Superconductivity in Niobium–Titanium Alloy”为题发表于材料学顶级学术期刊Advanced Materials【(2019)，1807240】上。

本工作得到了科技部国家重点研发计划项目，国家自然科学基金委大科学装置联合基金项目和仪器研制项目，中科院B类先导项目和松山湖材料实验室的支持。

铌鈦合金超导转变温度随压力、磁场和体积的变化