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《浙江大学报道La3Ni2O7-δ具有零电阻高温超导性和奇异金属行为》

  • 来源专题：关键原材料知识服务平台
  • 编译者： 费鹏飞
  • 发布时间：2024-08-21

  • 6月6日，浙江大学在《Nature Physics》上发表题为“High-temperature superconductivity with zero resistance and strange-metal behaviour in La3Ni2O7?δ”的论文，报道La3Ni2O7-δ具有零电阻高温超导性和奇异金属行为。

    最近的实验观察显示，在压力条件下La3Ni2O7的超导性接近80K，这激发了在块状镍酸盐中实现高温超导性的希望。然而，作为超导体的关键特征之一的零电阻状态并未被观察到。本文的研究显示使用液体压力介质，在高达30GPa的压力下，La3Ni2O7-δ的单晶中确实存在零电阻状态，并且该系统在施加压力下仍维持金属性，，这表明在超导性附近没有发生金属-绝缘体转变。此外，对正常态T线性电阻的分析揭示了这种奇异金属行为与超导性之间的联系。奇异金属行为与高温超导性的关联非常符合其他非常规超导体的特点，包括铜基和铁基超导体。进一步的研究探索奇异金属行为和超导性之间的相互作用，以及可能的竞争性电子或结构相，对于理解该系统中超导性的机制至关重要。

  • 原文来源：https://www.nature.com/articles/s41567-024-02515-y
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    • 7月17日，复旦大学在《Nature》上发表题为“Superconductivity in pressurized trilayer La4Ni3O10-δ single crystals”,报道发现新型高温超导体La4Ni3O10-δ。 超导体指的是在特定转变温度之下电阻为零且呈现完全抗磁性的材料，能广泛应用于电力传输和储能、医学成像、磁悬浮列车、量子计算等领域，具有重要的科学研究和技术应用价值。多年来，世界各国科学家围绕高温超导现象进行了各种形式的深入研究，但经过近四十年的努力，其形成机理仍是未解之谜。 研究高温超导的一个重要课题，就是寻找新型高温超导体。一方面，人们希望从新的角度寻找理解高温超导机理的线索，另一方面，新的材料体系也可能提供新的应用前景。 在Nature此次发布的研究成果中，赵俊团队成功合成了高质量的三层镍氧化物La4Ni3O10单晶样品，样品在低于超导临界温度下表现出了零电阻和完全抗磁的迈斯纳效应，超导体积分数达到86%，有力证明了镍氧化物的体超导性质。 镍氧化物单晶样品的生长条件十分苛刻，需要在特定的高氧压的环境中，保持高温和尖锐的温度梯度，才能实现单晶样品的稳定生长。由于成相的氧压窗口很小，因此容易出现多种成分的镍氧化物层状共生的现象，且生长过程中极易出现大量顶点氧位置的缺陷，这可能是镍氧化物超导含量低的原因。 团队利用高压光学浮区技术生长了大批样品，不断寻找总结规律，中间历经多次失败，最终成功合成了纯相三层La4Ni3O10镍氧化物单晶样品。进一步，团队开展了一系列中子衍射和X射线衍射测量，精确测定了材料的晶格结构和氧原子坐标及含量，发现其中几乎没有顶点氧缺陷。 以高质量单晶样品为基础，团队与合作者利用金刚石对顶砧技术，发现了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30K。根据抗磁性数据估算，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。 这项研究结果还精细刻画了La4Ni3O10体系在压力下的超导相图，阐明了电荷密度波/自旋密度波、超导、奇异金属行为和晶体结构相变在相图中的关系。结果表明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，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。
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  • 《南京大学揭示双层镍氧化物La3Ni2O7中的强电子关联和部分能隙》
    • 来源专题：关键原材料知识服务平台
    • 编译者：费鹏飞
    • 发布时间：2025-04-11
    • 8月31日，南京大学在《Nature Communications》上发表题为“Electronic correlations and partial gap in the bilayer nickelate La3Ni2O7”的论文，报道利用红外光谱技术测量并结合第一性原理计算，揭示了双层镍氧化物La3Ni2O7中存在强电子关联效应，并观测到密度波类型的部分能隙。 自从上世纪90年代铜氧化物高温超导体被发现以来，人们便致力于寻找与铜氧化物超导体具有类似电子结构的材料，从而探索出新型高温超导体。由于镍和铜在元素周期表中相邻，因此镍氧化物成为探寻高温超导电性的重要材料体系。2023年，中山大学王猛教授团队发现双层镍氧化物La3Ni2O7单晶在压力下存在转变温度高达80 K的超导电性，引起了全世界超导领域的广泛关注。该材料在常压下不具有超导电性，但在T* ? 115 K附近表现出类似密度波的相变。研究La3Ni2O7的电子关联和相变前后的光学响应可以为理解该材料中的超导电性和其它竞争序的本质提供关键信息。 研究团队利用红外光谱技术测量了La3Ni2O7的反射率谱并转换成为光电导谱，然后与第一性原理计算的结果进行对比。对比实验和理论计算的Drude谱重可以获得La3Ni2O7的电子动能比Kexp/Kband。他们发现实验光电导谱低频的Drude响应（以零能为中心的峰）明显弱于理论计算的结果，说明该材料中存在强电子关联效应。La3Ni2O7具有非常小的Kexp/Kband = 0.022，表明该材料中强电子关联效应使其处于Mott绝缘相的边缘。实验光电导谱可以用2个Drude分量和一系列Lorentz分量拟合，2个Drude分量源于穿过费米能级的多条由Ni-dx2-y2和Ni-dz2轨道形成的能带，Lorentz分量则源于电子的带间跃迁。其中一个Drude分量表现为费米液体行为，且其谱重不受T* ? 115 K相变的影响，而另一个Drude分量表现为非费米液体行为，并且在T* ? 115 K相变以下消失。这表明T* ? 115 K相变在费米面上打开了一个部分能隙，推测被移除的费米面处谱权重由电子关联较强的Ni-dz2轨道主导。
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