《JACS》：三层镍酸盐的高压超导的结构之谜！

近日，北京高压科学研究中心的杨文革团队结合高压低温原位X射线衍射与吸收谱测量系统研究了三层镍酸盐La₄Ni₃O10-δ高压、低温下的晶体及电子结构演变。该研究首次建立了La₄Ni₃O10-δ的高压低温相图，并揭示了压力诱导的晶体结构畸变以及电子结构的重构是La₄Ni₃O₁₀₋δ超导转变的关键原因。相关结果以“Crystal and Electronic Structure Studies of La4Ni3O10−δunder High Pressure and Low-Temperature Conditions”为题发表于JACS.

近年来，双层与三层Ruddlesden–Popper结构的镍酸盐高温超导的发现，引发了全球凝聚态物理领域的强烈关注，并开启了镍基超导研究的新热潮。镍酸盐被视为“铜酸盐超导体的兄弟体系”，其独特的电子结构和层状晶体框架，被认为可能是揭示非常规超导的核心机制。因此，要真正理解镍酸盐的超导本质，获得材料在不同压力与温度下精确的晶体结构和电子态演变是关键所在。

杨文革团队结合原位高压-低温 X 射线衍射技术和X 射线吸收谱技术，系统研究了三层镍酸盐La₄Ni₃O₁₀₋δ在高压-低温下的晶体及电子结构演变，实现了对其在超导临界区域内晶体结构和电子态的原位同步监测，从而揭示了三层La₄Ni₃O₁₀₋δ超导转变的结构机制。

常压下 La₄Ni₃O₁₀₋δ为单斜相，随压力升高，其逐渐转变为四方相，当压力超过约 48 GPa 并继续降温时，La₄Ni₃O₁₀₋δ最终进入正交相。这一结果与以往研究中“四方结构对应超导态”的普遍认识存在显著差异，表明该体系在高压条件下的结构演化更加复杂，其超导机理可能涉及此前未被认识的结构自由度。进一步的数据分析表明，超过48GPa的低温度下， NiO₆八面体发生明显畸变，并使得Ni 的3d 与氧的2p 轨道的杂化显著增强。这一电子结构重构可能是La₄Ni₃O₁₀₋δ超导转变的关键。另外，高压使 Ni 价态整体升高，且在低温下保持稳定，为超导电性提供了必要的电子结构环境。

图释：三层镍酸盐La₄Ni₃O₁₀₋δ的高压低温相图。

该研究首次从晶体结构与电子结构双维度，系统构建了 La₄Ni₃O₁₀₋δ的高压–低温相图，分析了其超导转变的结构机理。该工作有望为理解镍酸盐高温超导的产生机制提供了重要的数据参考。

本文来自“材料科学与工程”公众号，感谢作者团队支持。