辽宁
电子科技大学物理学院的乔梁教授团队近日在超导新材料研究领域取得了一项重大突破，为镍基超导领域的发展开辟了全新的思路。该研究成果于3月2日在线发表在国际学术期刊《自然》（Nature）上。这项突破性的研究发现了镍基超导体中超导电性的关键元素是氢，这一发现对于我们深入理解镍基超导的物理起源具有重要意义。
过去几年来，镍基超导研究一直面临着重重困难。虽然美国斯坦福大学在2019年成功制备出了镍基超导材料，但该领域的发展仍然受到了两个主要问题的限制：一是不清楚为什么这些材料能够表现出超导性质，二是不同课题组制备的样品之间的重现性差异较大。由于镍基超导材料的制备需要在极低温环境下进行，这也增加了研究的难度。
乔梁教授团队的研究通过深入的实验和理论分析，首次发现了氢在镍基超导体中的关键作用。他们发现，无限层镍氧化物超导体中的超导性取决于氢元素的存在。在无限层结构镍基氧化外延单晶薄膜的制备过程中，氢起到了改变费米面电子结构的作用。通过调控氢元素的含量，乔梁团队成功实现了“弱绝缘→超导→弱绝缘”的连续相变，证明了氢元素对超导性的关键作用。
进一步的研究揭示了氢元素与镍基超导体中的巡游的间隙位s轨道（IIS）之间的相互作用。通过共振X射线非弹性散射（RIXS）技术和电子结构计算，研究人员首次在实验上观察到了奇异电子态（IIS轨道），并发现氢元素与IIS轨道的杂化有助于降低Ni3d-Nd5d和Ni3d-IIS的轨道耦合，从而促进超导态的形成。
这项研究结果的意义在于纠正了我们对镍基超导材料电子结构的认识。之前的研究大多数都没有考虑到氢元素的存在和作用，而这项研究的结果表明，氢元素是影响镍基超导性质的关键因素之一。这对于解释镍基超导材料的超导机制和改进材料性能具有重要意义。
然而，乔梁教授团队也指出，如何方便、简单、有效、精准地调控氢元素的掺入仍然是一个挑战。当前的氢掺杂方法较为复杂且难以实现精确控制，因此需要进一步的研究来寻找更有效的氢掺杂方案。
乔梁教授表示，他们希望有机会在太空的天然超低温环境下进行相关研究，并测试相关材料的应用。在太空中，温度更低，压力更小，这将有助于研究人员更好地理解氢元素在镍基超导体中的作用机制，同时也能提供更理想的实验条件。
该研究成果是电子科技大学物理学院的乔梁教授团队的一项重要研究成果，乔梁教授、英国Diamond光源的周克瑾教授、北京计算科学研究中心的黄兵教授等为共同通讯作者。这项研究还得到了成都大学、北京大学和澳大利亚新南威尔士大学等课题组的支持。
总的来说，这项研究通过发现氢元素在镍基超导体中的关键作用，为我们更深入地理解镍基超导的物理机制和发展新一代超导技术提供了重要线索。虽然仍有许多问题需要解决，但这项研究成果的出现无疑为镍基超导领域的研究带来了新的希望，为相关技术的应用和推广打下了坚实的基础。
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