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北卡罗来纳州立大学的研究人员显着提高了使用新颖的硼掺杂的Q-碳材料作为超导体作为超导体的温度。
硼掺杂金刚石中的超导性的先前记录为11个开尔文，或减去439.60华氏度。已发现硼掺杂的Q-Carbon是37k至57k的超导，其值为356.80度。
“从11K到57K来说，传统的BCS超导是一个大的跳跃，”John C.凡德尊敬的材料科学与工程椅子教授Jay Narayan说，在NC州和描述工作的两篇论文的高级作者。BCS是指Bardeen-Cooper-Schrieffer超导理论。
常规导电材料进行电力，但在传输过程中很多能量都丢失。超导体可以通过变速器处理每个平方厘米的大量电流。然而，超导体仅在低温下具有这些理想的性质。识别在较高温度下实现超导性的方法 - 不施加高压 - 是材料研究的有源区。
为了使硼掺杂的Q-Carbon，研究人员用无定形碳和硼的混合物涂覆底物。然后将混合物用单一的激光脉冲持续持续几纳秒。在该脉冲期间，将碳的温度升至4,000个kelvin，然后快速淬火。
“通过将硼掺入Q-碳，我们消除了材料的铁磁性，并给予其超导性，”Narayan说。“到目前为止，每次我们增加硼量时，材料保留其超导性能的温度都有增加。
Narayan说：“该过程增加了相对于硼掺杂金刚石附近的载体状态附近的密度”。
“这里的材料进步在于该过程允许使用诸如化学气相沉积的现有平衡方法的碳材料中的碳材料中的硼浓度，”Narayan说。“使用均衡方法，您只能将硼与每100个原子中的2个原子百分比掺入2原子百分比。使用我们的激光基于均衡过程，我们已经达到了高达27个原子百分比的水平。“
硼浓度较高的是使材料在较高温度下的超导特性。
“橡木岭国家实验室已经证实了我们使用电子能损光谱的较高密度的调查结果，”Narayan说。
“我们计划优化材料以增加其超导的温度，”Narayan说。“这种在Q-Carbon的高温超导性中的这种突破在科学上令人兴奋，具有新的强键合的轻质材料中的室温超导性的路径。Q-Carbon中的超导性对实际应用具有特殊意义，因为它是透明的，超硬和坚韧，生物相容性，腐蚀和耐腐蚀性的。没有那样的东西今天。
Narayan说：“已经设计用于可以与超导体一起实现温度的超导体，有闭循环氦气制冷系统，”Narayan说。“B掺杂的Q-Carbon可以在两个特斯拉磁场的情况下在21k处处理每平方厘米4300万安培。由于我们在57K处表现出超导性，因此这意味着掺杂的Q-Carbon已经可行适用于应用。“
最近的纸张，“一种新型高温碳基超导体：B掺杂Q-碳，“发表在里面应用物理学杂志。早期纸张“硼掺杂Q-碳中的高温超导性，“发表在期刊上ACS纳米。两篇论文的铅作者是博士学位，博士学位是博士学位的。学生处于NC状态。两篇论文都由Ritesh Sachan是国家研究委员会博士后研究员Ritesh Sachan，该研究员也为陆军研究办公室工作。
该研究是根据国家科学基金会的支持，根据拨款号DMR-1560838进行。NC州已为这项技术提交美国专利。
- 船员 -
编辑的注释：研究摘要跟随。
“一种新型高温碳基超导体：B掺杂Q-碳”
作者：Anagh Bhaumik和Jagdish Narayan，北卡罗来纳州立大学;Ritesh Sachan，北卡罗来纳州立大学和陆军研究办公室
发表：2017年7月24日，应用物理学杂志
迪伊：10.1063 / 1.4994787
抽象的：在简要报告B掺杂Q-Carbon中的高温超导性之后，我们提出了详细的结构性质相关性，以了解强键合的轻质材料和方法中超导的起源，以进一步提高超导转变温度（T.C）。纳秒熔化在超级过冷状态下碳和快速淬火导致B掺杂Q-碳的强键合独特相。温度依赖性电阻率和磁化率测量在该材料中展示了II型超导性，其过渡温度为36.0±0.5克和5.4吨的上临界场。它还显示在B掺杂的Q-中碳，上临界磁场（HC2.（t））跟随hC2.（0）[1-（T / TC的）2.1温度依赖性，与Bardeen-Cooper-Schrieffer形式主义一致。在本研究中，通过使用纳秒准分子激光器采用脉冲激光退火，在蓝宝石基板上形成B掺杂的Q-碳薄膜。该方法涉及快速淬火均匀混合B和C的高渗熔体。通过B掺杂Q-Carbon中的结构 - 性质相关测量，我们估计了Fermi水平附近的较高的状态的电子密度。在FERMI级附近的状态较高的状态以及更高的德语温度和声子频率负责增强T.C。由于快速熔化和淬火，我们可以在Q碳的电活性位点达到17.0±1.0或更高的原子％B，这导致浅电子状态的形成最大值。从临界电流密度相对场矩，临界电流密度的值（jC（2t））在21k的b掺杂Q-carb下计算为4.3×107.ACM.-2，这表明该新颖的材料可用于MRI和NMR应用中的持久操作模式。这种在B掺杂无定形Q-碳中发现的高温超导性显示，使用超级过冷工艺的非平衡合成技术可用于制造具有大大增强物理性质的材料。
“硼掺杂Q-碳中的高温超导性”
作者：Anagh Bhaumik和Jagdish Narayan，北卡罗来纳州立大学;Ritesh Sachan，北卡罗来纳州立大学和陆军研究办公室
发表：4月27日，ACS纳米
迪伊：10.1021 / ACSNANO.7B01294
抽象的：我们在B掺杂无定形淬火碳（Q-碳）中报告高温超导性。在超级过冷状态下的B掺杂非晶碳膜的纳秒激光熔化后形成该相，然后快速淬火。磁化率测量显示II型Bardeen-Cooper-Schrieffer超导性具有超导转变温度的特性（T.C）36.0±0.5 k的原子浓度为17.0±0.5 k。该值明显高于最好的实验报告T.C结晶B掺杂金刚石11k。我们认为，金属碳液中的淬火导致由于在费米水平上具有较高状态的碳原子填充碳原子的封装而较强的电子 - 声子耦合。通过这些结果，我们提出了非支洗辅助辅助合成方法来制造高掺杂材料，该材料提供极大地增强的超导性能。
