中科大《Nature Physics》：镍基高温超导体研究取得重要进展！

近日，中国科学技术大学陈仙辉研究团队等，在混合型Ruddlesden–Popper结构镍酸盐La5Ni3O11单晶中发现高压诱导的高温超导电性。这一新结构超导体拓展了镍基高温超导体材料家族，为高温超导机理研究提供了新的材料体系。

相关研究成果在线发表在《自然-物理学》（Nature Physics）上。研究工作得到科学技术部、国家自然科学基金委员会、中国科学院等的支持。

论文链接：

https://www.nature.com/articles/s41567-025-03023-3

前期，科研团队对Ruddlesden–Popper结构的镍酸盐开展研究。科研团队在常压下合成具有四方结构的La4Ni3O10和La3Ni2O7，并进行压力下的输运测量。结果表明，高压下的超导电性与常压下的密度波转变，存在重要关联。四方结构的La4Ni3O10和La3Ni2O7在常压下没有密度波转变，在高压下也没有表现出超导电性。在常压下，具有密度波转变的正交结构La4Ni3O10和La3Ni2O7，在高压下展现出超导电性。这表明，密度波转变而非结构相变，是镍基材料在压力下出现超导电性的先决条件，为镍基超导机理的理解和理论研究提供了重要思路。

在上述研究的基础上，研究团队探讨了更广泛的Ruddlesden–Popper相镍酸盐材料。La5Ni3O11是独特的杂化镍酸盐，其结构由La3Ni2O7和La2NiO4层交替堆叠而成，常压下表现密度波转变，转变温度在170 K左右。该团队通过系统的高压电输运研究发现，随着压力逐步增加，常压下的密度波转变温度呈现逐渐升高的行为，同时基本不受压力诱导的正交-四方结构相变的影响。在压力升高到约12 GPa时，密度波相变突然消失，并伴随着超导电性的出现，表明压力诱导一个密度波相与超导相的一级相变。当压力升高至约21 GPa时，该体系展现出最佳的超导转变，其零电阻超导转变温度Tc达到54 K。

进一步，研究团队通过高压抗磁性测量，在最佳压力附近观察到迈斯纳效应，超导体积分数达70%，表明其超导电性为体超导。

继La3Ni2O7和La4Ni3O10后，混合Ruddlesden–Popper结构高压下超导的发现，为镍基高温超导体家族增添了新成员，证明双层钙钛矿结构(RNiO3)2是重要的高温超导结构单元，为探讨镍基材料中的高温超导机理提供了新的材料体系。

La5Ni3O11的晶体结构（a）和高压相图（b）

本文来自：中国科学技术大学