近日，中国科学技术大学团队等 在杂化镍酸盐（La5Ni3O11）单晶中发现高压诱导的高温超导电性。这一发现 拓展了镍基高温超导体材料家族，为高温超导机理研究提供了新平台。

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高温超导机理仍然是谜

超导材料具有零电阻与完全抗磁性（又称迈斯纳效应），使得超导体在电力传输、磁悬浮列车、核磁共振成像、粒子加速器及可控核聚变等方面具有重要应用价值。然而，超导作为宏观的量子现象，通常是在接近绝对零度的温度下发生，限制了超导材料的使用。

2019年，科学家实现了超导转变温度9K至15K超导电性，让镍基超导体研究成为热点。2023年，我国科学家相继在具有双层NiO2平面的La3Ni2O7，以及具有三层NiO2平面的La4Ni3O10中，发现高压诱导的超导电性，且超导转变温度突破液氮温区。

目前， 高温超导机理仍然是人类未解的科学谜团之一。探索新的高温超导材料家族，有助于揭开高温超导机理的神秘面纱。

▲ La5Ni3O11的晶体结构（a）和高压相图（b）

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超导研究新思路

镍酸盐材料La3Ni2O7和La4Ni3O10中的多层钙钛矿结构子单元(RNiO3)n，被认为是超导相的基本构建单元。常压下，两个材料在130K至150K附近都可观察到密度波转变，从而抑制超导电性出现。

此前研究表明，随着压力增加，NiO6八面体的畸变和倾斜被抑制，约在15GPa时发生从正交结构到四方结构的高压诱导结构转变，超导电性随之出现。因此，普遍认为具有四方结构的(RNiO3)n是产生超导电性的先决条件。

对此，科研团队开展了进一步的系统研究，在常压下合成了具有四方结构的La4Ni3O10和La3Ni2O7，并进行压力下的输运测量。

结果表明，高压下的超导电性与常压下的密度波转变存在重要关联。四方结构的La4Ni3O10和La3Ni2O7在常压下没有密度波转变，因而在高压下没有表现出超导电性。而在常压下具有密度波转变的正交结构La4Ni3O10和La3Ni2O7，在高压下均展现出超导电性。

这表明， 密度波转变而非结构相变，是镍基材料在压力下出现超导电性的重要先决条件，为镍基超导机理的理解和理论研究提供了思路。

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镍基超导体家族

增添新成员

在上述工作的基础上，科研团队进一步探讨了更广泛的镍酸盐材料。La5Ni3O11是独特的“杂化”镍酸盐，其结构由La3Ni2O7和La2NiO4层交替堆叠而成，常压下同样具有一个约170K的密度波转变。

科研团队通过高压电输运研究发现，随着压力逐步增加，常压下的密度波转变温度呈现逐渐升高的行为，基本不受压力诱导的正交-四方结构相变的影响。

在压力升高到约12GPa时，密度波相变突然消失，并伴有超导电性出现，表明压力诱导了一个密度波相与超导相的一级相变。当压力进一步升高至约21GPa时，该体系展现出最佳的超导转变，其零电阻超导转变温度Tc达到54K。

同时，科研团队通过高压抗磁性测量，在最佳压力附近观察到迈斯纳效应，超导体积分数达70%，表明其超导电性为体超导。

继La3Ni2O7和La4Ni3O10之后， “杂化”镍酸盐材料高压下超导电性的发现，为镍基高温超导体家族增添了新成员，并证明了双层钙钛矿结构(RNiO3)2是重要的高温超导结构单元，为探究镍基材料中的高温超导机理提供了新的材料体系。

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来源：中国科学技术大学

责任编辑：侯茜