中國科學家發現新型高溫超導體

7月17日，復旦大學物理學系教授趙俊團隊聯合中國科學院物理研究所研究員郭建剛團隊、北京高壓科學研究中心研究員曾橋石團隊，成功生長了三層鎳氧化物La₄Ni₃O₁₀高質量單晶樣品，證實了鎳氧化物中具有壓力誘導的體超導電性，且材料呈現出奇異金屬和獨特的層間耦合行為，為人們理解高溫超導機理提供了新的視角和平臺。相關研究發表于《自然》，《自然》同期在“新聞和觀點”專欄以對該文進行亮點推薦和介紹。

鎳氧化物被認為是實現高溫超導電性的重要候選材料之一，但在該材料中實現超導電性的條件十分苛刻。尋找新的超導體系，提高超導體積分數，實現體超導電性十分關鍵。

研究團隊利用高壓光學浮區技術，合成了純相三層La₄Ni₃O₁₀鎳氧化物單晶樣品，且其中幾乎沒有頂點氧缺陷。進一步研究發現，La₄Ni₃O₁₀壓力誘導的超導零電阻現象，在69 GPa壓力下，超導臨界溫度達到30 K，該單晶樣品的超導體積分數高達86%，證實了鎳氧化物的體超導性質。

La₄Ni₃O_10-δ單晶樣品照片。圖片由趙俊團隊提供

三層La₄Ni₃O₁₀獨特的“三明治”結構讓外層和中間層NiO₂面具有不同的化學環境，為超導電性的調控提供了更多可能性，同時為理解層間耦合和電荷轉移在形成高溫超導中的作用提供了獨特的平臺。此外，三層鎳氧化物具有較強的反鐵磁序，為理解自旋關聯和自旋漲落與鎳氧化物高溫超導機理的關系提供了機會。

研究團隊還精細刻畫了La₄Ni₃O₁₀體系在壓力下的超導相圖，發現鎳氧化物超導可能與銅氧化物超導有著不同的層間耦合機制。結果為鎳氧化物超導電性機理的研究提供了重要見解，并為探索自旋序-電荷序、平帶結構、層間關聯、奇異金屬行為和高溫超導電性之間的復雜相互作用提供了重要的材料平臺。

相關論文信息：https://doi.org/10.1038/s41586-024-07553-3