21.09.2022 - Chinese Academy of Sciences

Titan beherbergt rekordverdächtige Supraleitfähigkeit für Supraleiterelemente

Titan bricht Tc-Rekord für Element-Supraleiter

Elementsupraleiter sind entweder für Studien zum Supraleitungsmechanismus oder für potenzielle Anwendungen aufgrund ihrer einheitlichen Zusammensetzung von Bedeutung. Allerdings weisen Element-Supraleiter (SC) in der Regel eine sehr niedrige Übergangstemperatur (Tc) auf, die typischerweise unter 10 K liegt. Kürzlich entdeckte das Team von Prof. Changqing Jin am IOPCAS, dass Ti-Metall bei hohem Druck supraleitend ist und eine Tc von über 26 K aufweist: der bisherige Rekord für Element-Supraleiter.

Sie fanden heraus, dass Ti-Metall mit einer Tc über 20 K in einem breiten Druckbereich von 150 bis 310 GPa supraleitend bleibt, wobei die maximale Tc von 26,2 K bei 248 GPa erreicht wird. 310 GPa ist auch der höchste Druck, dem die Supraleitung bei allen bekannten Supraleitern standhalten kann. Sie wiesen darauf hin, dass die aus dem 4s-Orbital abgeleiteten Bänder durch den Druck auf das Fermi-Niveau verschoben werden, was dazu führt, dass die Zustandsdichte in der Nähe des Fermi-Niveaus bei hohem Druck von 3d-Elektronen kontrolliert wird.

"Es wird angenommen, dass die Hochtemperatur-Supraleitung eng mit den 3d-Elektronen zusammenhängt, die normalerweise eine Wechselwirkung zwischen den Elektronen zeigen", so Changqing JIN. Sie schätzten auch das obere kritische Magnetfeld "the Hc2 liegt bei ~30 Tesla, was einer GL-Kohärenzlänge von ~32 Å entspricht", so Prof. Xiancheng Wang, Mitautor der Studie.

Sowohl Tc als auch das obere kritische Magnetfeld von Ti SC bei hohem Druck sind deutlich doppelt so hoch wie bei der weit verbreiteten supraleitenden NbTi-Legierung (Tc~9.6 K,Hc2~ 15 Tesla), was vielversprechend für mögliche Anwendungen in extremen Umgebungen ist. Aus der Entdeckung geht hervor, dass ein hoher Tc-SC in elementaren Metallen oder Verbindungen mit einfachen Komponenten durch die Verbindung von Elektronen-Phonon-Kopplung und Elektronen-Korrelationen erreicht werden kann, und solche einfachen Materialien sind anpassungsfähiger und für Anwendungen in verschiedenen und anspruchsvollen Umgebungen geeignet. Das Metall Titan (Ti) wird aufgrund seiner einzigartigen Eigenschaften wie geringes Gewicht, hohe Festigkeit und Korrosionsbeständigkeit häufig in der Luft- und Raumfahrt, im Meer und in der Tiefsee eingesetzt. Die rekordverdächtige Tc-Supraleitfähigkeit bei hohem Druck ist eine weitere hervorragende Eigenschaft von Ti. Es kann bei extremen Leitfähigkeiten potenziell eingesetzt werden.

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