镍基超导再获关键证据！中国科学家绘制出双层镍酸盐'超导穹顶'

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实现零电阻传输电流是物理学家的百年梦想。铜基超导体发现近四十年以来，寻找下一个高温超导家族始终步履维艰。2023年，镍酸盐在高压下展现超导特性，点燃了新希望。近日，南京大学团队在这一领域再获突破，他们绘制的"超导穹顶"相图为理解镍基超导机制提供了关键地图。

超导穹顶是描述非常规超导体的重要相图特征。它表现为超导转变温度随载流子掺杂浓度变化呈现 dome 状曲线，两侧是非超导的绝缘态或金属态。这种结构在铜基超导体中普遍存在，是其高温超导性的标志性指纹。

南京大学聂越峰教授团队在国际权威期刊《物理评论快报》发表最新成果。他们在双层镍酸盐 La₃Ni₂O₇ 薄膜中首次观测到完整的超导穹顶结构。这一发现强有力地表明，镍酸盐与铜基超导体属于同一类非常规超导机制。穹顶的存在意味着超导性对载流子浓度极其敏感，存在最优掺杂点。

制备镍酸盐薄膜需要原子尺度的精确控制。研究团队采用反应分子束外延技术（MBE），这种技术被形象地称为"原子乐高"。研究人员在单晶衬底上逐层堆叠镧、镍、氧原子，构建出仅数个纳米厚的双层结构。

薄膜生长面临严峻挑战。团队通过两种手段调节材料电子态：锶原子替代部分镧原子引入空穴，原位真空退火控制氧空位浓度。这两个"旋钮"协同作用，实现了载流子浓度的连续调控。聂越峰指出，精确测定多能带体系的掺杂浓度极为困难，他们采用霍尔系数作为关键指标追踪相变。

研究团队发现了一个关键现象。当霍尔系数发生符号转变时，材料的超导性能达到峰值。霍尔系数变号意味着主导载流子从空穴转变为电子，这暗示费米面发生了重构。

这一现象与电子型掺杂的铜基超导体高度相似。在铜基材料中，此类转变对应着反铁磁关联与超导竞争的复杂相互作用。镍酸盐中观测到相同特征，表明两者可能共享相似的物理机制：强关联电子体系中的费米面不稳定性。这一发现为统一理解两类高温超导体提供了实验基础。

南京大学此次工作具有特殊意义。此前镍酸盐超导多依赖高压环境，而薄膜技术为常压下实现高温超导提供了可能路径。中国已建立起从块体材料到薄膜器件的完整研究链条。聂越峰团队十五年来深耕氧化物分子束外延技术，这项积累使他们在国际竞争中占据优势。

下一步，团队计划利用角分辨光电子能谱直接观测费米面演化。理解镍酸盐超导的微观机制，将指导设计常压下更高转变温度的超导材料。这场关于"镍时代"的探索，中国科学家正在书写重要篇章。

Maosen Wang et al., "Superconducting dome in La₃₋ₓSrₓNi₂O₇₋δ thin films," Physical Review Letters (2026). DOI: 10.1103/qrkk-l2ng. On arXiv: DOI: 10.48550/arxiv.2508.15284