日本最新成果，Ti系超導新材料

【據phys網站10月2日報道】二氧化鈦（TiO2）是我們都熟悉的一種材料，經常作為防晒霜和顏料，如網球場看到白線。鈦氧比例更高的鈦氧化物顯得不是那麼出名，這些鈦和氧原子的數量比二氧化鈦高，科學家們發現它們在下一代電子器件中存在潛在應用，現在正成為重點研究的對象。

現在，東京科技大學的研究人員，已經報道了兩種高鈦氧化物製備的超薄薄膜，這種薄膜具有超導電性。這些材料的厚度約為120納米，揭示了剛剛開始探索的超導特性。

在《科學學報》上發表文章的作者Kohei Yoshimatsu說：「我們首次成功地生長了Ti4O7和γ-Ti3O5薄膜。」

到目前為止，這兩種材料只是以塊狀的形式進行了研究，它們表現為絕緣體，與導體相反。因此，導電薄膜的形成被認為是基礎物理學的一大進步。

研究人員發現，Ti4O7和γ-Ti3O5的超導轉變溫度分別達到3 K和7.1 K。實現7.1 K這個溫度，對於簡單的金屬氧化物是一個「驚人的結果」，Yoshimatsu說，「它代表了已知氧化物的最高水平。」

這種薄膜是外延的，這意味著它們有一個排列良好的晶體結構（如圖1所示）。Yoshimatsu說：「這種結構讓他們的生長變得極為困難，在我們的研究中，沒有使用傳統的二氧化鈦為原料，我們稍微減少了Ti2O3。然後，在大氣條件下精確控制，通過脈衝激光沉積使Ti4O7和γ-Ti3O5薄膜在藍寶石襯底上一層一層生長。為了驗證薄膜的晶體結構，國家材料科學研究所（NIMS）的研究人員合作對其進行了表徵，如Spring-8同步輻射X射線衍射（XRD），這是世界上最大的同類設施，位於日本西部兵庫縣。

到目前為止，還沒有人確切地知道這些鈦氧化物是如何產生超導電性的。不規則的氧原子排列被認為是一個重要的因素。這樣的排列，導致了氧的空位不穩定。通過創建足夠的導電電子，氧空位可能有助於誘導超導電性。

Yoshimatsu表示，將需要更多的工作來檢查超導機制。由於鈦氧化物相對廉價且結構簡單（只有兩種元素）。另外，Yoshimatsu表示他對鈦氧化物做進一步的研究充滿著興趣。

此外，他說這項研究可能發展約瑟夫遜結，在未來有可能用於製造電子電路的新類型，最終，製造運行更快的電腦。

文章來自phys，原文題目為Superconductivity found in thin films of TiO2,由材料科技在線團隊匯總整理。

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