纳米二氧化钛（TiO2）具有优异的光电特性，在光催化、新型太阳能电池等领域得到广泛的研究，然而却鲜有相关纳米TiO或者其他低价钛氧化物的合成及其物性探索方面的报道。近日，中国科学院上海硅酸盐研究所、北京大学、浙江大学、密苏里大学堪萨斯分校等开展了联合研究，在纳米TiO制备与新奇物性探索方面取得了新的进展。该团队首先通过可控还原技术制备纳米TiO，再采用表面氧化策略调控界面效应，获得了二元Ti-O体系中最高的超导转变温度（11 K）。
纳米TiO@TiO1+x制备的示意图
Ti-O层的基本物性研究对界面超导的理解和探索具有重要的意义。界面效应在界面超导中起决定性的作用，超导特性可以通过界面电荷重新分布来产生甚至增强，因此要求在材料设计和制备方面得到良好的界面工程控制。为了构筑可控界面，研究团队通过镁金属可控还原制备得到纳米TiO颗粒，再进一步氧化构建TiO@TiO1+x核壳结构。TiO为金红石型二氧化钛衍生而来的一系列亚氧化钛（TinO2n-1）中的一种结构，而该系列亚氧化钛具有类似的晶胞参数，预示着该系列Ti-O化合物之间可以精准构筑晶格匹配的连续界面。基于电子能量损失谱（EELS）分析，作者发现O/Ti摩尔比沿非晶层（~ 5nm）的径向从1.0到1.9呈正线性变化，由此表明界面连续。同时，磁性和电子输运测量证实，TiO@TiO1+x具有11 K的超导转变温度，是一种在2 K下具有65 Oe较低临界场的第二类超导体，也是首次在二元Ti-O系统中观察到超过10 K的超导特性。此外，这种固相法构建超导界面的策略具有良好的普适性，易于拓展至钒、铌等其他NaCl结构的氧化物体系。
纳米TiO@TiO1+x超导特性
该研究成果发表于近期的国际顶级材料科学期刊Advanced Materials 上，在读研究生徐吉健为论文第一作者、黄富强教授为通讯作者。该工作得到国家重点研发计划、国家自然科学基金、中国科学院和上海市科委等项目的资助。
该论文作者为：Jijian Xu, Dong Wang, Heliang Yao, Kejun Bu, Jie Pan, Jianqiao He, Fangfang Xu, Zhanglian Hong, Xiaobo Chen, Fuqiang Huang
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Nano Titanium Monoxide Crystals and Unusual Superconductivity at 11 K
Adv. Mater., 2018, 30, 1706240, DOI: 10.1002/adma. 201706240
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