中国科学家发现新型高温超导体

7月17日，复旦大学物理学系教授赵俊团队联合中国科学院物理研究所研究员郭建刚团队、北京高压科学研究中心研究员曾桥石团队，成功生长了三层镍氧化物La₄Ni₃O₁₀高质量单晶样品，证实了镍氧化物中具有压力诱导的体超导电性，且材料呈现出奇异金属和独特的层间耦合行为，为人们理解高温超导机理提供了新的视角和平台。相关研究发表于《自然》，《自然》同期在“新闻和观点”专栏以对该文进行亮点推荐和介绍。

镍氧化物被认为是实现高温超导电性的重要候选材料之一，但在该材料中实现超导电性的条件十分苛刻。寻找新的超导体系，提高超导体积分数，实现体超导电性十分关键。

研究团队利用高压光学浮区技术，合成了纯相三层La₄Ni₃O₁₀镍氧化物单晶样品，且其中几乎没有顶点氧缺陷。进一步研究发现，La₄Ni₃O₁₀压力诱导的超导零电阻现象，在69 GPa压力下，超导临界温度达到30 K，该单晶样品的超导体积分数高达86%，证实了镍氧化物的体超导性质。

La₄Ni₃O_10-δ单晶样品照片。图片由赵俊团队提供

三层La₄Ni₃O₁₀独特的“三明治”结构让外层和中间层NiO₂面具有不同的化学环境，为超导电性的调控提供了更多可能性，同时为理解层间耦合和电荷转移在形成高温超导中的作用提供了独特的平台。此外，三层镍氧化物具有较强的反铁磁序，为理解自旋关联和自旋涨落与镍氧化物高温超导机理的关系提供了机会。

研究团队还精细刻画了La₄Ni₃O₁₀体系在压力下的超导相图，发现镍氧化物超导可能与铜氧化物超导有着不同的层间耦合机制。结果为镍氧化物超导电性机理的研究提供了重要见解，并为探索自旋序-电荷序、平带结构、层间关联、奇异金属行为和高温超导电性之间的复杂相互作用提供了重要的材料平台。

相关论文信息：https://doi.org/10.1038/s41586-024-07553-3