超快光谱建立La₃Ni₂O₇密度波相变的压力演化相图 | 进展

镍基超导体是继铜基和铁基之后又一个重要的高温超导家族。镍氧化物与铜氧化物具有类似的晶体结构和电子构型，为高温超导机理研究提供了新的平台。2023年中国科学家首次发现双镍氧层钙钛矿La3Ni2O7单晶在14 GPa压力下出现高达80K的超导电性，引起了国内外同行的广泛关注。该材料在常压下不具备超导电性，但可能存在两个类密度波相变。研究 La 3 Ni 2 O 7 类密度波相变在压力下的演化过程可以为理解镍基超导电性的起源以及超导机理提供关键信息。

中国科学院物理研究所/北京凝聚态物理国家研究中心怀柔研究部HX-EX1汪信波副研究员与HX-06i于晓辉研究员及其团队合作，发展了压力下的超快泵浦-探测光谱测量装置，验证了拓扑绝缘体Bi2Se3单晶在压力条件下存在电子拓扑相变以及多个结构相变[Phys. Rev. B 109, 064307 (2024)]。

图: 镍基超导体La 3 Ni 2 O 7 在低温和压力下的超快动力学响应以及密度波相变的压力相图。

近期，利用该装置研究了镍基超导体La3Ni2O7在低温和压力条件下的超快动力学响应，实验结果如下：（1）常压下，光激发载流子的弛豫时间在151K附近出现发散行为，这是能隙打开引起的声子瓶颈效应。结合其它实验结果，指认其在常压下打开自旋密度波能隙，通过Rothwarf-Taylor模型拟合得到能隙值约为66meV。（2）随着压力增加至13.3GPa，自旋密度波转变的温度和能隙逐渐减小，直到26GPa完全消失。自旋密度波在13.3GPa以上被压制，与输运测量中超导电性出现的压力一致，表明自旋涨落对理解该镍氧化物的超导配对机制尤为关键。（3）在29GPa以上，再次观察到能隙打开的特征，转变温度约为135K，可能与理论预测的高压下出现的电荷密度波序相关。基于上述实验结果我们建立了镍基超导体La3Ni2O7中密度波相变在压力下的演化相图，为进一步理解镍基超导体中的配对机制提供关键的实验证据。

相关研究成果以“Density-wave-like gap evolution in La3Ni2O7underhigh pressure revealed by ultrafast optical spectroscopy”为题发表于Nature Communications [Nat.Commun.15, 10408 (2024)]。物理所博士生孟养浩、山东大学博士生杨易（与物理所联合培养）和中山大学孙华蕾副教授为该论文的共同第一作者，中山大学的王猛教授、物理所的洪芳副研究员、汪信波副研究员和于晓辉研究员为该论文的共同通讯作者。此外，山东大学张飒飒教授，物理所雒建林研究员，陈刘城和马肖莉副主任工程师也参与了该工作。该工作受到中国科学院、国家自然科学基金、科技部重点研发计划项目、广东省基础与应用基础研究基金、深圳市科技创新项目、广东省磁电物性分析与器件重点实验室和综合极端条件实验装置（SECUF）的支持。

编辑：千里雁啼

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