南京大学与中国科大等合作在物理学顶级期刊《Nature Physics》发表镍基超导最新成果

问AI · 新型能隙结构是否暗示新颖配对机制?

7月21日,南京大学的聂越峰、周健与合肥国家实验室的封东来、中国科学技术大学的沈大伟合作,作为共同通讯作者在物理学顶级期刊《Nature Physics》(自然·物理)上发表了最新重要成果。该研究报道了双层镍酸盐中超导诱导的前沿能隙的观测

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加压块体La₃Ni₂O₇中高温超导性的发现,引发了人们对镍酸盐超导体的广泛研究兴趣。与铜氧化物不同——后者的超导性主要源于3d_{x²-y²} 轨道——镍酸盐表现出更为复杂的特性,这种复杂性来自3d_{z²} 轨道的贡献。这引发了关于配对机制的根本性问题。尽管最近在常压下稳定La₃Ni₂O₇薄膜超导性方面取得了进展,但超导能隙开启的直接观测尚未实现。

该研究利用原位角分辨光电子能谱(ARPES),展示了该材料中存在超导能隙的证据。费米面映射显示存在两个费米口袋,其填充度略大于已报道的非超导单晶样品。这些能带表现出中等程度的电子关联性,以3–4的能带重整化因子为特征。

两条能带在超导转变过程中均表现出前沿能隙的移动,以及在布里渊区对角线方向及略偏离对角线方向的费米动量处,存在约1–2meV量级的能隙。这偏离了传统的d_{x²-y²} 能隙结构。此外,Ni-3d_{z²} 衍生能带位于费米面以下约75 meV处,比非超导单晶中的能量更深,表明费米面主要由3d_{x²-y²} 轨道主导。

该研究第一单位为南京大学,共同第一作者为南京大学孙文杰、浩波,以及中国科学技术大学江志诚。据了解,该研究2025年6月投稿,文章在1年后被接受,如今正式发表。

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文章最后通讯作者为南京大学聂越峰,这也是该团队近1年来在镍基超导研究领域取得的又一重要进展。去年8月18日,南京大学的聂越峰与季殿祥合作,作为共同通讯作者在材料领域顶级期刊Nature Materials上,发表了关于锶(Sr)掺杂的La₃Ni₂O₇薄膜中的超导性的文章。

该研究凭借制备出的Sr掺杂La₃Ni₂O₇常压超导薄膜,首次系统绘制了载流子掺杂La₃Ni₂O₇超导薄膜中的超导相图特征。而本次团队在《Nature Physics》上发表的观测成果与此前国内外两个顶尖团队所报道的成果既有一致的地方,也有不同的地方,相关研究既互相印证,又互相补充

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聂越峰,他本科及硕士均毕业于中山大学物理系;2011年,他又在美国康涅狄格大学取得了博士学位。博士毕业后他在康奈尔大学材料研究中心进行博士后研究;2015年初,他回国加入南京大学至今(海外高层次青年人才),目前为该校现代工程与应用科学学院特聘教授。他的主要研究方向为过渡金属氧化物新型磁电功能低维材料的原子层构筑、新颖物性与调控,单原子层精度氧化物薄膜与界面的分子束外延(MBE)制备以及角分辨光电子谱电子结构表征等,涉及了(准)二维铁电、铁磁、多铁及高温超导等领域。

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