YBa2Cu3O7-δ陶瓷电阻与热变形温度依赖性的异常关联及其超导机制研究

为解决高温超导体(HTSC)中电荷激发与晶格变形的关联机制问题，研究人员通过同步测量YBa2Cu3O7-δ(YBCO)在正常态和超导转变温区(ΔTc~10K)的电阻温度系数(TCR)与热膨胀系数(TEC)，首次发现160K赝能隙态上下存在正/反线性关联(PCC≥0.98)，并在Tc附近观察到晶格参数跃变与符号反转现象，为揭示无磁场条件下超导配对与晶格压缩的触发机制提供了实验依据。

　　

高温超导体的微观机制一直是凝聚态物理领域的重大难题，尤其是YBa₂Cu₃O_7-δ(YBCO)这类铜氧化物超导体，其超导转变温度(T_c)远超传统BCS理论预测范围。尽管过去三十余年研究积累了海量数据，但关于电荷激发与晶格动力学的关联机制仍存在激烈争议。现有理论难以解释两个关键实验现象：一是电阻率在赝能隙温度(~160K)附近呈现非线性转折，二是超导转变时晶格参数会发生反常压缩与突跳。这些现象暗示晶格自由度可能通过某种尚未厘清的机制参与超导配对过程。

针对这一科学瓶颈，达吉斯坦国立大学的研究团队创新性地采用同步测量技术，对微晶YBCO陶瓷的电阻-温度曲线ρ(T)和晶格参数(a,b,c)热变形展开系统研究。通过四探针法在80-300K温区测量电阻率，结合X射线衍射仪(SIEMENS D-500)获取21个温度点的晶胞参数，并利用洛伦兹函数拟合比热异常峰，成功解析出样品中两个主导超导相(DSPs)的特征温度T_c≈90.5K和87K。

《电阻温度依赖性》章节揭示，样品在160K附近出现赝能隙转变特征，其ΔT_c~7K的宽超导转变区间对应着电阻率导数dρ/dT曲线上可分辨的双峰结构。值得注意的是，在T_c中点温度处，电阻温度系数α_ρ呈现正值偏移，而晶格参数的TEC值则发生符号反转，这种镜像响应关系首次通过实验数据直接证实。

《晶格热变形》部分通过Rietveld精修显示，正交相YBCO在降温至T_c,on=92K时经历0.25%的晶格压缩，其中b轴变形贡献率达93%。特别在90.5K处观察到尖锐的体积跃变(ΔV/V≈0.75%)，该现象与文献报道的单晶样品数据高度吻合。通过建立α_V(T)与α_ρ(T)的定量关联模型，团队发现赝能隙温度上下分别存在正向(PCC=0.992)和反向(PCC=0.977)的线性相关性。

《关联分析》章节的创新发现在于：当晶格压缩至临界体积V_c≈172?³时，通过维里定理估算的虚拟声子能量(~10^-5eV)比德拜温度对应的能量低两个数量级，这为BCS理论在HTSC体系的适用性提供了新证据。同时，CuO₂平面内"固定三角形"结构的确认，说明共价键方向性的削弱会促进电荷激发的社会化，而T_c处的正伸缩变形则可能触发自旋反平行配对。

这项发表于《Next Materials》的研究具有三重突破意义：首先，首次建立TCR-TEC定量关联模型，为超导相变的热力学描述提供新参数；其次，发现晶格压缩-突跳的双阶段变形特征，提出"晶格应变触发配对"的新机制；最后，通过纳米级变形(ΔV/V~1.6%)与超导态转换的关联实验，为压力调控超导材料提供了精确的临界值参考。这些发现不仅深化了对YBCO超导机制的理解，更为设计新型应变敏感超导器件奠定了理论基础。