等原子比TaNbZrTi与TaNbHfZr中熵合金的超导基态特性及其在高场磁体应用中的潜力

本研究针对中熵合金(MEAs)超导机制不明确的问题，通过直流磁化和输运测量系统研究了TaNbZrTi/TaNbHfZr的基态特性。发现两者均呈现体超导性，临界温度Tc分别达8.12K/7.64K，其点缺陷与面缺陷协同钉扎机制及超越BCS理论的强耦合特性，为高场磁体应用提供了新材料平台。

　　

研究背景
在材料科学领域，高熵合金(HEAs)因其独特的"鸡尾酒效应"引发广泛关注——当五种以上元素以等原子比混合时，超高构型熵会促使材料形成简单晶体结构，却展现出传统合金无法企及的性能。特别是2014年Ta-Nb-Hf-Zr-Ti体系超导性的发现，为探索强无序环境下的量子相干现象提供了新机遇。然而，现有研究多集中于五元HEAs，对四元中熵合金(MEAs)的超导特性认知仍存空白，尤其缺乏对钉扎机制与电子结构的系统解析。

研究方法
山东理工大学联合东京大学采用电弧熔炼法制备TaNbZrTi/TaNbHfZr样品，通过X射线衍射(XRD)确认其体心立方(bcc)结构，利用直流磁化测量、电阻率测试和低温比热分析，系统表征了超导转变温度(T_c)、上临界场(B_c2)及能隙特征。

研究结果
1. 结构分析
Le Bail精修显示两种MEAs均属Im3?m空间群，TaNbZrTi晶格参数a=3.231?，TaNbHfZr为3.445?。EDX元素映射证实成分均匀性，为后续物性研究奠定基础。

2. 超导特性
磁化曲线揭示TaNbZrTi的T_c=8.12K，TaNbHfZr为7.64K，均创下等原子MEAs的纪录。电阻率测量显示陡峭的转变宽度(ΔT_c<0.5K)，证实体超导性。

3. 钉扎机制
磁弛豫分析发现磁通蠕动由热激活主导，点缺陷对集体钉扎的贡献强于面缺陷，这种多尺度缺陷共存使磁通线在强磁场下保持稳定。

4. 电子结构
比热数据拟合表明两者均为全能隙超导体，但电子-声子耦合常数λ>1.5，显著超过BCS理论预测，暗示强关联效应在维持超导序中的作用。

结论与意义
该研究首次阐明四元MEAs中化学无序与超导序的协同机制：通过优化价电子浓度(VEC≈4.6e/a)和混合熵(ΔS_mix>1.5R)，Ta基MEAs在保留bcc结构的同时，实现了高T_c与优异场性能的结合。其特殊的缺陷构型为设计下一代高场磁体超导材料提供了新思路，相关成果发表于《Journal of Alloys and Compounds》。