由于氧原子极轻，传统透射电镜（TEM）很难在含有重金属元素的晶格中精确定位氧。新基石研究员王亚愚团队与合作者，采用先进的多片层电子叠层成像（Multislice Electron Ptychography）技术，成功捕捉到了镧镨镍氧体系中微量的间隙氧原子，并清晰展示了它们在晶格层间的精确位置。研究发现，在高压氧处理后的样品中，多余的氧原子并非随机分布，而是自发排列成了一种长程有序的“条纹状”超结构（Stripe Order）（图1）。这种有序结构彻底改变了材料原有的晶格对称性。

图1 高压氧退火样品中的间隙氧有序

结合密度泛函理论（DFT）计算与电子能量损失谱（EELS），王亚愚等深入剖析了物理机制。他们发现，间隙氧的有序排列不仅向系统注入了过量的空穴载流子，更关键的是，它显著改变了Ni-d_z²轨道的能带结构，导致费米面发生了剧烈变化（图2）。因此在镍基体系中，这种特定的氧有序结构与超导态构成直接竞争——这与具有相似结构的铜基超导体（如 La₂CuO₄）中间隙氧有序通常有助于超导的情形截然相反。由此，作者从微观角度完整解释了为何过度氧化反而会"杀死"超导。

图2 密度泛函理论计算得到的电子结构

这项研究揭示了原子尺度的结构缺陷有序化对超导电性的决定性影响，解答了镍基超导材料中的“氧含量之谜”。因此，为了获得更稳定的镍基高温超导体，未来的材料优化应当关注氧化学计量比的精确调控，并注意抑制氧有序相的形成。

• 参考文献

Zehao Dong et al. Interstitial oxygen order and its competition with superconductivity in La2PrNi2O7+δ, Nature Materials 24, 1927-1934 (2025) DOI: 10.1038/s41563-025-02351-2

• 研究员简介

王亚愚，清华大学物理系教授，2022年入选新基石研究员项目。

研究概要：王亚愚的主要研究方向是实验凝聚态物理。他利用和发展多种互补的实验手段，包括低温强磁场电磁热输运性质、扫描隧道显微镜和隧道电子谱、扫描透射电镜和电子能量损失谱等，来研究以拓扑绝缘体和高温超导体为代表的低维拓扑和关联电子体系，致力于发现其中的新奇量子物态并揭示其微观机理。