Supercond. Sci. Technol. ：激光浮区法单晶炉助力中熵合金单晶研究取得重要进展
发布日期：2025-07-31
中高熵合金（MEAs/HEAs）作为材料科学与工程领域颇具前景的新兴材料，凭借其高熵、晶格畸变、缓慢扩散和化学短程有序特性，展现出超卓的力学性能和特殊的低温物理特性，如高硬度、优异的耐腐蚀性和II型超导性。在超导机制研究中，高质量的大尺寸单晶是获得可靠实验数据的基石。近期，Sang等人[1]创新性地采用浮区法成功制备出高质量HfNbZrTi中熵合金单晶，并对其超导性能、涡旋动力学和比热进行了系统的研究。
研究结果表明，HfNbZrTi是一种II型超导体，超导转变温度Tc约为6K，磁通钉扎主要由平面状缺陷主导。实验数据获得的比热跃变值ΔC/γTc=1.43，超导能隙Δ(0)=0.92 meV，与弱耦合Bardeen-Cooper-Schrieffer（BCS）模型的理论预期高度一致。此外，磁弛豫测量表明其弛豫率极低，凸显了MEAs超导体在实际应用中的潜力。这些发现不仅为理解MEAs的超导性能提供了重要实验依据，更为设计低能量耗散的高温超导材料开辟了新的方向。该成果以“Unveiling intrinsic superconductivity in HfNbZrTi medium-entropy alloy single crystals”为题，发表于超导领域国际期刊Supercond. Sci. Technol.上。
Sang等人[1]所用到的高质量HfNbZrTi中熵合金单晶由Quantum Design Japan公司推出的LFZ-2KW新一代高性能激光浮区法单晶炉设备成功制备，实验中用到的晶体生长工艺参数为：Ar保护气氛，生长速度3~6mm/hr，转速为15~20rpm，晶体生长温度1400°C~1500°C。磁输运性质测试采用标准四引线方法在Quantum Design公司的完全无液氦综合物性测量系统 - PPMS DynaCool中完成，磁场强度范围为0–9 T，方向平行于（110）晶面。
HfNbZrTi中熵合金单晶图片[1]
HfNbZrTi中熵合金单晶M-T曲线[1]
新一代高性能激光浮区法单晶炉-LFZ：
与传统的激光浮区法单晶生长系统相比，Quantum Design Japan公司推出的新一代高性能激光浮区法单晶炉-LFZ具有以下技术优势：
传承日本理化研究所(RIKEN,CEMS)的先进设计理念
功率更高（激光功率2KW/1.5KW，两种规格可选）
采用全新五束激光设计，确保熔区能量分布更加均匀
更加科学的问题梯度优化方案，有助于降低晶体生长中的热应力
采用了独特的实时温度集成反馈控制系统
完全无液氦综合物性测量系统 - PPMS DynaCool
完全继承PPMS测量选件
脉管制冷机，超低振动，完全无需液氦
全CAN设计，测量更快，内置磁屏蔽和高真空
利用脉管制冷机直接冷却可提供最高14T磁场
降温时间： 40分钟从300K 降至1.8K 稳定
最大扫场速率：200 Oe/sec，7 分钟到达满场
全新mk级交流磁化率，埃米级分辨膨胀系数选件
参考文献：
[1]. Unveiling intrinsic superconductivity in HfNbZrTi medium-entropy alloy single crystals, Lina Sang et al 2025, Supercond. Sci. Technol. 38 055022
