镍酸盐薄膜中的可控原子缺陷揭示超导性新机理

由MPI-CPfS的研究人员领导的国际团队使用极高能量电子的辐射可控地在超导镍酸盐薄膜中引入原子缺陷。他们的系统研究最近发表在Physical Review Letters上，帮助缩小了关于这些材料中超导性如何出现的基本问题的可能答案。

超导体是完全排斥磁场且完美传输电流而没有任何损耗的材料，这些特性使它们成为探究材料基本物理理解的迷人游乐场，也可能成为革命性技术的基础。

某些类型的超导体相对较为了解的，由自1950年代开始发展的理论模型来解释。其他类别的超导体仍然比较神秘，但可以在更高的温度下表现出超导性，使它们在实际应用中更具吸引力。

这些“非常规”超导体中最著名的是铜氧化物陶瓷，也称为铜酸盐，首次由IBM苏黎世的研究人员于1986年发现。在这项革命性工作之前，他们的早期努力开始了对密切相关的镍氧化物化合物寻找超导性，这在全球范围内仍然是一个活跃的研究领域，直到2019年斯坦福大学的研究人员最终证明了镍酸盐的超导性。

镍酸盐超导体迅速成为一个充满活力的领域，新化合物的转变温度不断上升，并且与铜酸盐的对应物相比，表现出显著的相似性和有趣的差异。尽管取得了这些进展，但仍然有几个关键问题仍然难以解决——这主要是因为生产这些超导镍酸盐需要复杂且高度精确的合成技术。

从早期发现阶段，世界各地的研究小组在提高超导镍氧化物（镍酸盐）材料的质量方面投入了巨大的努力。现在，MPI-CPfS的研究人员与斯坦福大学和巴黎综合理工学院的团队合作，采取了相反的做法。在兆伏特能量电子的照射下，缓慢地在样品中引入原子级的缺陷，逐渐降低它们的超导温度。

不同种类的超导体对这种原子晶格无序的敏感性有所不同，因此随着缺陷密度的增加，系统的测量使研究人员能够区分各种提出的超导机制模型，并缩小了可能的模型范围。

这项研究让我们更深入地理解了镍酸盐中超导性是如何产生的，特别是与铜酸盐的对比。它还为未来在更广泛的镍酸盐超导体中开展更深入的研究打下了基础，并指出了改进这些材料制造方法的关键指标。

更多信息，请参阅： Abhishek Ranna 等，无限层镍酸盐中的超导性受到抑制，《物理评论快报》 (2025)。 DOI: 10.1103/7lqb-pjkm