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超导电性是一种以零电阻和完全抗磁性为特征的现象，自1911年发现以来一直吸引着科学家。传统的超导体，正如BCS理论所描述的那样，通常在极低的温度下表现出超导电性，通常需要使用昂贵且能源密集型的低温冷却。对高温超导体 (HTS) 的追求，即在更高、更易于管理的温度下表现出超导电性的材料，一直是中心目标，其动力来自于实际应用的承诺。
20世纪80年代，铜酸盐超导体的发现，其临界温度 (Tc) 超过了液氮的沸点 (77K)，这是一个里程碑式的成就。然而，铜酸盐和许多随后的高温超导材料通常需要复杂的化学成分，而且至关重要的是，它们的最高 Tc 值通常是在高压下实现的。高压超导电性虽然在科学上令人着迷，但由于维持极端压力所需的苛刻和昂贵的条件，给实际应用带来了重大挑战。因此，寻找在环境压力下表现出超导电性的材料，尤其是在高于“40K障碍”温度下的材料，一直是长期以来且备受关注的目标。
“40K障碍”是一个有些非正式但具有历史意义的基准。在BCS理论发现后的许多年里，人们认为传统的声子介导超导电性可能仅限于大约40K以下的临界温度。虽然非常规机制允许更高的Tc值，但在环境压力下，在新材料系列中实现高于40K的超导电性仍然被认为是重大的突破，表明可能存在新的超导机制或材料特性。
最近发表在《自然》的论文，关于(La,Pr)3Ni2O7薄膜中环境压力下40K 以上超导电性的报告，在科学界引起了相当大的轰动。镍酸盐是一类基于镍氧化物的材料，已成为探索非常规超导电性的一个有希望的领域。虽然铜酸盐是铜氧化物，但镍酸盐在电子结构上有一些相似之处，这导致人们猜测它们也可能具有高温超导电性。
来自南方科技大学和清华大学的研究人员采用先进的薄膜制造技术合成了高质量的镍酸盐薄膜。具体而言，他们使用巨氧化原子层逐层外延技术（GOALL-Epitaxy）在SrLaAlO4基片上生长了三单元厚的La2.85Pr0.15Ni2O7单晶薄膜。这一精细的工艺实现了对薄膜成分和结构的精确控制。
研究人员进行了各种测量来表征薄膜的超导特性。通过电阻测量确定了超导性的起始，磁化率测量确认了超导性的Meissner效应。此外，他们还采用扫描透射电子显微镜（STEM）和X射线倒易空间映射（RSM）来研究薄膜的结构特性。
研究报告了几个关键发现：
- 高Tc起始点：根据电阻率测量结果，La2.85Pr0.15Ni2O7 薄膜表现出 45 K 的超导转变温度。这明显高于之前报道的镍酸盐超导体的 Tc 值。
- Berezinskii-Kosterlitz-Thouless（BKT）行为：零电阻转变显示出与BKT行为一致的特征，这是一种与二维系统相关的相变。BKT转变温度确定为9 K。
- Meissner效应： 磁化率测量显示了Meissner效应，8K时观察到抗磁效应的起始，与BKT转变一致。
- 各向异性：临界磁场表现出各向异性，平面内和平面外方向的值不同。这表明超导特性受薄膜方向和结构的影响。
- 应变工程：STEM 和 RSM 分析表明，薄膜在约 2% 的相干外延压缩应变（相对于体相）下呈现四方相。这种应变可能是增强超导性能的关键因素。
总之，在(La,Pr)3Ni2O7薄膜中发现40 K以上的常压超导性是高温超导体研究中的一个重要成就。研究人员采用的精细合成和表征技术为未来探索镍酸盐和其他材料家族铺平了道路。随着该领域的不断发展，这些发现无疑将激发进一步的研究和创新，使我们更接近于实现超导技术的全部潜力。
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