鎳氧化物超導轉變溫度突破100K

近日，中山大學物理學院教授王猛團隊聯合北京高壓科學中心研究員Viktor V. Struzhkin團隊、中山大學理學院副教授孫華蕾團隊，在雙層Ruddlesden–Popper（RP）相鎳氧化物中，通過最高Nd摻雜水平（La₃-_xNd_xNi₂O₇，X≤2.4）的精準合成，將超導轉變溫度（Tc）提升至100.5 K，刷新了鎳基超導體系的最高溫度紀錄。相關成果發表于《自然-通訊》。

自2023年雙層RP相鎳氧化物La₃Ni₂O₇中首次發現壓力誘導的約80 K超導電性以來，鎳氧化物被確認為繼銅基、鐵基之后的第三類高溫超導家族。元素摻雜可引入化學壓力調控晶格，是研究超導機理與提升Tc的重要途徑，但純相雙層RP鎳氧化物的合成條件極為苛刻，對摻雜研究構成挑戰。

王猛團隊經長期探索，采用溶膠-凝膠法成功合成系列稀土摻雜雙層RP相鎳氧化物多晶樣品。此前，團隊在La_1.5Sm_1.5Ni₂O₇中于37 GPa下實現89.2 K的超導轉變。本工作中，團隊進一步獲得當前最高Nd摻雜比例的La₃-_xNd_xNi₂O₇（0≤X≤ 2.4）高質量多晶樣品。由于Nd³⁺離子半徑小于La³⁺，摻雜后晶格畸變增強，c軸方向晶格常數顯著收縮。常壓下，自旋密度波轉變溫度從138 K升至161 K，表明磁交換關聯增強；同時，結構相變壓力（正交→四方）也相應提高。

基于自主搭建的高壓電輸運測量平臺，團隊對La₃-_xNd_xNi₂O₇樣品進行系統測試。結果顯示，隨Nd摻雜比例增加，Tc持續上升。其中，La_0.9Nd_2.1Ni₂O₇的電阻測量給出93 K的超導起始溫度，電阻導數則顯示97 K起始溫度。超導出現的起始壓力與結構相變壓力一致，提示兩者密切關聯。

Viktor V. Struzhkin團隊利用射頻傳輸技術，在La_0.6Nd_2.4Ni₂O₇中測得98 K的超導信號，在La_0.9Nd_2.1Ni₂O₇中測得100.5 K，為當前鎳基超導體系的最高紀錄。

通過系統比較塊體與薄膜樣品數據，團隊歸納出雙層RP相鎳氧化物中Tc與c軸晶格常數的普適性負相關關系，為后續Tc提升提供明確指導。姚道新教授團隊的理論分析亦指出，Tc提升與層間耦合增強相關。

該研究揭示了自旋密度波轉變溫度與Tc的正相關性，以及塊體與薄膜樣品中一致的Tc–c軸負相關規律，為RP相鎳氧化物超導性能的進一步優化指明了方向，也為理解鎳基高溫超導機理提供了關鍵實驗依據。

相關論文信息：https://doi.org/10.1038/s41467-026-76534-z