強(qiáng)韌高溫超導(dǎo)納米線
——鐵基超導(dǎo)晶須研制成功

高溫超導(dǎo)納米線承受應(yīng)力的樣子

日本材料科學(xué)研究所(NIMS)和東京工業(yè)大學(xué)以山浦一成博士等為首的研究小組，成功研制出強(qiáng)韌高溫超導(dǎo)納米線——鐵基超導(dǎo)晶須。

日本開發(fā)的鐵基超導(dǎo)體，基本元素是鐵和砷，在添加2種或2種以上其它附加元素之后，其超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度已知達(dá)到最高。在晶須制造方法中，一般采用氣相反應(yīng)沉積法，即原料元素的蒸發(fā)、反應(yīng)氣體的輸送和基體上的沉積。然而，用這種方法制備具有大的長度/直徑比的鐵基超導(dǎo)晶須時，由于砷元素在晶體生長裝置里的廣泛擴(kuò)散，毒性問題很難解決。此外，鐵基超導(dǎo)體的超導(dǎo)性能對晶體組成很敏感，例如，超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度為30 K(－243℃)以上的鐵基超導(dǎo)體，通常由4種以上元素組成(包括鐵和砷)，用氣相沉積法合成由4種以上元素組成(包括鐵和砷)的須狀晶體時，元素成分很難控制。因此，氣相沉積法的鐵基超導(dǎo)晶須到目前還沒有制造出來。

在本研究中，毒性問題容易解決，超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度達(dá)到30 K以上，提供有助于工業(yè)生產(chǎn)的制造方法。采用金屬砷化合物和金屬粉末作為原料，與能促進(jìn)晶體生成的添加劑混合。混合粉末充填在膠囊狀金屬反應(yīng)容器里，經(jīng)適當(dāng)機(jī)械壓制后粉坯有最合適的密度，再經(jīng)合適的熱處理得到所希望的鐵基超導(dǎo)晶須?，F(xiàn)已確認(rèn)，這種晶須的超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度為33 K(－240℃)，其形狀為細(xì)長棒針狀，長度/直徑比在200以上，直徑在1 μm以下(納米線)，具有SrZnSb2型晶體結(jié)構(gòu)。

對于銅氧化物超導(dǎo)體，雖能制造出具有相同超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度的晶須，但由于陶瓷的固有脆性，其應(yīng)用受到限制。富勒烯超導(dǎo)晶須也能制造出來，但長度/直徑比在10以下。鐵基超導(dǎo)晶須與此形成對照，其性質(zhì)更接近于合金，強(qiáng)而韌，不像銅氧化物超導(dǎo)體那樣脆，長度/直徑比更大，可擴(kuò)大應(yīng)用范圍。

本課題為日本科技總局“新超導(dǎo)材料及其性能探索和超導(dǎo)線材工業(yè)應(yīng)用”計劃的一部分。

(來源:NIMS News)