強韌高溫超導納米線——鐵基超導晶須研制成功

強韌高溫超導納米線
——鐵基超導晶須研制成功

高溫超導納米線承受應力的樣子

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

日本開發的鐵基超導體，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，其超導轉變溫度已知達到最高。在晶須制造方法中，一般采用氣相反應沉積法，即原料元素的蒸發、反應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/直徑比的鐵基超導晶須時，由于砷元素在晶體生長裝置里的廣泛擴散，毒性問題很難解決。此外，鐵基超導體的超導性能對晶體組成很敏感，例如，超導轉變溫度為30 K(－243℃)以上的鐵基超導體，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，超導轉變溫度達到30 K以上，提供有助于工業生產的制造方法。采用金屬砷化合物和金屬粉末作為原料，與能促進晶體生成的添加劑混合。混合粉末充填在膠囊狀金屬反應容器里，經適當機械壓制后粉坯有最合適的密度，再經合適的熱處理得到所希望的鐵基超導晶須。現已確認，這種晶須的超導轉變溫度為33 K(－240℃)，其形狀為細長棒針狀，長度/直徑比在200以上，直徑在1 μm以下(納米線)，具有SrZnSb2型晶體結構。

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

本課題為日本科技總局“新超導材料及其性能探索和超導線材工業應用”計劃的一部分。

(來源:NIMS News)