日本研究团队发现新型超导体“过渡金属锆化物”

由东京都立大学、北海道大学、广岛大学和罗马大学“智慧之城”校组成的研究团队在2024年12月宣布，他们新合成的过渡金属锆化物（Fe1-xNixZr2）是一种超导体。这一发现为超导材料的研究开辟了新方向，有望推动更高效的能源传输和电子设备开发。

什么是超导体？

超导体是一类在特定温度下电阻完全消失的材料，即能够实现无损耗的电流传输。除了零电阻，超导体还具有完全抗磁性（迈斯纳效应），能够完全排斥磁场。这些特性使超导体在高效电缆、磁悬浮列车、核磁共振成像以及量子计算等领域有着广泛应用。

两种非超导物质的固溶突破

两种非超导物质的固溶突破研究团队关注了两种非超导物质“FeZr2”和“NiZr2”，通过将它们溶解并使其均匀形成固体，合成了Fe1-xNixZr2，并对其晶体结构及物理特性进行了深入研究。

通过实验，研究人员利用电弧熔炼炉合成了多晶样品，并通过X射线衍射确认了其晶体结构的连续变化。同时，研究了晶格常数a和c的Ni取代量依赖性，发现随着Ni取代量的增加，a轴变长，而c轴缩短。这一现象也通过电子显微镜和光电子能谱的元素分析得到了验证。

磁化与超导特性

此外，研究团队还测量了磁化率、电阻率和比热，以评价超导特性。通过测量磁化率的温度依赖性，观察到随着Ni取代量的增加，出现了显著的反磁性信号，表明超导现象的产生。尤其是在x=0.6时，材料的超导转变温度达到了2.8K，并呈现出一个类似穹顶形状的超导相图。这种穹顶型相图在铜氧化物、铁系和镍氧化物高温超导体中也有体现。

此外，研究还发现，在室温下测量磁化的温度依赖性时，30K左右出现了磁化异常。通过磁场冷却与零磁场冷却数据的对比，这一现象得以确认，表明可能存在磁序。虽然目前磁性机制尚未完全解明，但研究团队推测，NiZr2的磁性在Fe/Ni固溶后被弱化，从而使超导得以发生，并形成穹顶型的超导相图。研究团队计划进一步探讨NiZr2的磁性以及Fe1-xNixZr2的超导特性，以期在TrZr2系中实现更高的超导转变温度。

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