【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】 高溫超導(dǎo)的微觀機制至今仍是凝聚態(tài)物理的重要難題。繼銅氧化物之后，RP相鎳氧化物成為研究新焦點：它們在高壓下能夠超導(dǎo)，制成薄膜后也可在常壓下實現(xiàn)超導(dǎo)；與銅氧化物相比，其鎳氧面之間的“氧橋”提供了一條額外的層間電子通道。氧含量和外延應(yīng)變?nèi)绾斡绊戇@條通道，進而影響超導(dǎo)？北京大學(xué)物理學(xué)院量子材料科學(xué)中心彭瑩瑩團隊與浙江大學(xué)謝燕武團隊、南京大學(xué)盧毅團隊合作，利用X射線譜學(xué)追蹤材料從絕緣態(tài)到超導(dǎo)態(tài)、再到金屬態(tài)的變化。研究發(fā)現(xiàn)，外延應(yīng)變本身不足以誘導(dǎo)超導(dǎo)：適宜的氧化學(xué)計量是建立相干層間電子通道的前提，外延應(yīng)變則在此基礎(chǔ)上進一步增強層間耦合。這為理解和調(diào)控鎳基超導(dǎo)提供了微觀依據(jù)。
 

　　雙層鎳氧化物中，兩層鎳氧面像兩片“電子高速公路”，中間的頂點氧則像連接通道。若氧缺失，連接被破壞，電子容易困在局部，材料呈絕緣。氧含量合適時，電子能更連貫地跨層運動，配合壓縮應(yīng)變，通道被進一步增強，超導(dǎo)出現(xiàn)。用X射線可以“看”到，面外軌道相關(guān)的電子態(tài)逐漸由局域化向更具巡游性的狀態(tài)演化；面內(nèi)電子則主要因摻雜增加而改變。這說明，超導(dǎo)不只是簡單“多摻電子”，而是層間通道被逐步打開。
 

　　磁性也隨之變化。絕緣樣品中，電子自旋形成靜態(tài)的周期性排列；相比之下，在超導(dǎo)樣品中，這種磁序明顯受到抑制，而低能磁激發(fā)依然存在，只是受到更強阻尼。換言之，在超導(dǎo)樣品中，靜態(tài)排列減弱，而動態(tài)磁關(guān)聯(lián)仍被保留(圖2)。
 

　　氧也并非越多越好。研究中的金屬樣品與超導(dǎo)樣品應(yīng)變相近，電子軌道特征也相似，卻沒有超導(dǎo)。實驗與計算表明，額外的氧可能帶來更多空穴，使電子關(guān)聯(lián)減弱。因此，從絕緣到超導(dǎo)再到金屬，關(guān)鍵并非層間通道越強越好，而是氧含量、層間相干性與電子關(guān)聯(lián)處在適宜范圍(圖3)。
 

　　與銅氧化物相比，鎳氧化物除了面內(nèi)電子，還多了面外和層間通道，這為研究軌道和三維電子結(jié)構(gòu)提供了新視角；兩類材料又都表現(xiàn)為靜態(tài)磁序被抑制、動態(tài)磁激發(fā)保留。這些異同提示，磁性、電子關(guān)聯(lián)和軌道自由度之間的協(xié)同變化，可能是理解非常規(guī)超導(dǎo)的重要線索。
 

　　該研究把氧含量、應(yīng)力、層間通道、電子運動性和磁性演化聯(lián)系起來，澄清了雙層鎳氧化物常壓超導(dǎo)形成的關(guān)鍵條件，也為通過氧位點調(diào)控和界面應(yīng)變設(shè)計鎳基超導(dǎo)材料提供了依據(jù)。
 

　　該研究以“Interlayer hybridization promotes superconductivity in bilayer nickelates”為題，于2026年9月23日在線發(fā)表于《自然·材料》(Nature Materials)。北京大學(xué)物理學(xué)院量子材料科學(xué)中心2022級博士研究生張世龍、浙江大學(xué)博士后張蒙和南京大學(xué)博士生羅琪凌為論文共同第一作者；彭瑩瑩、盧毅和謝燕武為論文共同通訊作者。相關(guān)X射線譜學(xué)實驗在中國臺灣同步輻射光源和柏林同步輻射線站完成。研究工作得到國家重點研發(fā)計劃、國家自然科學(xué)基金和北京市自然科學(xué)基金等項目資助，其中張世龍的實驗出訪還得到北京大學(xué)物理學(xué)院博士生培優(yōu)計劃支持。
 

　　引用：物理學(xué)院彭瑩瑩團隊解析雙層鎳酸鹽常壓超導(dǎo)的關(guān)鍵條件-北京大學(xué)【引用時間：2026年10月4日】