近日，浙江理工大学、中山大学与北京理工大学联合团队在《中国科学：物理学 力学 天文学》英文版（Sci. China Phys. Mech. Astron. 69, 257411 (2026)）在线发表了题为“Pairing mechanism and superconductivity in pressurized La5Ni3O11”的研究论文，系统揭示了层间结构对Ruddlesden-Popper（RP）相镍酸盐超导电性的影响，提出混合结构体系中的关键层间约瑟夫森耦合（IJC）机制。
自加压双层镍酸盐La3Ni2O7中被发现约80 K超导性以来， RP镍酸盐成为了研究高温超导的重要体系。目前RP相镍酸盐超导体主要分为两大类：一类是具有规则重复结构单元的纯相RP成员，例如双层（2222型）La3Ni2O7；另一类是以单层-双层交替（1212型）La5Ni3O11为代表的结构混合体系。尽管对纯相体系的研究已相当深入，但混合相镍酸盐超导体的研究仍处于起步阶段且超导机制尚不清晰。最新实验表明，与纯相体系相比，混合结构RP相镍酸盐超导体表现出显著差异：混合结构中的自旋密度波序在压力作用下表现出更强的稳定性；更重要的是其超导转变温度TC的压力响应与纯相体系迥异——纯相La3Ni2O7呈现“直角三角”型相图[National Science Review nwaf220 (2025)]，TC随压力升高而降低，而1212型混合结构则表现出穹顶状压力依赖，TC先随压力升高而上升，随后在更高压力下下降[Nat. Phys. 21, 1780–1786 (2025)]。尽管先前的理论研究大多聚焦于双层（或三层）内部的耦合配对机制，但三维晶格结构——特别是双层间（或三层间）的耦合作用——却始终未被深入探讨。
该研究团队系统研究了层间结构对RP相镍酸盐超导性的影响，指出双层基元是超导产生的基础，单层结构作为隔离层，共同构成独特的“约瑟夫森”堆叠结构。研究指出，这种效应在混合结构超导体（比如1212）中尤为显著，其交替的单层和双层结构通过层间相互作用产生非平庸的效应。通过考虑相邻双层基元间的层间约瑟夫森耦合，研究团队成功解释了实验在单层-双层交替结构镍基超导La5Ni3O11中观测到的穹顶状TC压力依赖现象。
图1. 单层（La2NiO4）、双层（La3Ni2O7）和单层-双层（La5Ni3O11）RP相镍酸盐晶体结构的侧视图。
图2. 层间约瑟夫森耦合对超导的影响。（a）S–N–S约瑟夫森结示意图，其中超导（S）层对应双层子系统，正常（N）层对应于单层子系统。（b）双层和单层子系统之间电子跃迁示意图。（c）
作为各向异性参数η的函数，该参数反映了层间约瑟夫森耦合的强度。红色虚线标记了与La5Ni3O11相关的η≈10−8，而蓝色虚线标记了与体La3Ni2O7相关的η≈10−4。（d）La5Ni3O11中超导
（以
为单位）的压力依赖关系。
该研究揭示了RP相镍酸盐超导领域长期被忽视的关键机制，为理解RP相镍基超导的多样性提供了新的理论视角，标志着该领域研究思路的一次重大突破。
浙江理工大学青年教师张铭博士与中山大学物理学院博士生陈翠群为论文共同第一作者，中山大学物理学院姚道新教授与北京理工大学物理学院杨帆教授为论文共同通讯作者。研究工作得到国家重点研发计划、国家自然科学基金、浙江省自然科学基金、广东省磁电物性分析与器件重点实验室、广东省磁电物性基础学科中心、粤港澳大湾区（广东）量子科学中心等的资助。