Nature：96 K体超导！镍基超导研究新突破

       北京高压科学研究中心（HPSTAR）的曾桥石研究员团队与山东大学的张俊杰教授团队合作，在双层镍酸盐体系中取得了重要进展：在高质量的La₂SmNi₂O_7−δ 单晶中, 通过高压诱导实现了高达 96 K 的体超导转变，创造了迄今镍基超导体的最高转变温度的纪录。研究成果  今日以《Bulk superconductivity up to 96 K in pressurized nickelate single crystals》为题发表于Nature。

       自 2023 年在双层镍酸盐 La₃Ni₂O₇ 中首次报道约 80 K 的高压超导以来，镍酸盐作为继铜基、铁基之后的第三类非常规高温超导体系，也是继铜基后的第二类超导转变温度超过液氮温区的高温超导体，为基础物理研究和潜在应用创造了新的机遇，迅速引起了全球范围研究热潮。目前，高质量的镍酸盐块体单晶的生长需要比较苛刻的条件，而且其超导现象往往只有在较高压力下才能存在，这给镍酸盐超导材料的研究和开发造成了极大的挑战。

       该合作研究团队成功将常压熔剂法引入镍酸盐单晶的制备，并首次生长出高质量、结构高度均匀的 La₂SmNi₂O_7−δ单晶样品，尺寸接近200微米。相比传统高氧压方法，常压熔剂法具有设备简单、晶体更加纯净、杂相更少、结构更完整、重复性更高、氧含量更易控制等特点。特别是 Sm 的引入（Sm 离子半径更小），可带来“化学压力”，有效减少层错和结构缺陷，使得晶体整体质量大幅提升。

极高压力下单晶样品的电输运和磁化率测量是高压研究中极富挑战的领域。经过多年的技术开发和积累，北京高压科学研究中心的曾桥石研究团队成功发展了等静水压下的极高压原位电输运和直流磁化率测量的可靠技术。针对La₂SmNi₂O_7−δ单晶样品，该团队利用氦气作为等静压的传压介质，开展了高压、低温的原位电输运、直流磁化率测量，在大约 21 GPa下，于 La₂SmNi₂O_7−δ 单晶中清晰的观察到最高达到96K的超导转变温度和73 K 的完全零电阻(图1a)，以及60 K 的显著迈斯纳效应(图1b)，这些结果标志着该新样品中存在高温体超导态。进一步通过高压、低温原位同步辐射X射线衍射测量发现该材料在单斜与四方两种晶体结构中均能存在超导态，说明其超导特性可能并不依赖于特定晶格结构，为理解其超导机理提供了重要线索。

       此外，总结对比一系列样品的研究结果，该合作研究团队还发现了一个有望提高镍酸盐超导体临界温度的关键经验规律：该材料在室温下的面内晶格畸变越大，其在高压下的超导转变温度越高(图1c)。这为设计更高转变温度的镍酸盐超导体提供了重要的指导。正是基于这一思路，团队开发了La₂SmNi₂O_7−δ，并获得了最高达 96 K 的超导转变温度，这是在镍基超导材料中首次逼近“百K超导”，具有里程碑意义。这一突破标志着我国在新型高温超导材料研究领域又迈出了重要而坚实的一步，为进一步探索高温超导机理、设计发展具有更高转变温度的镍基高温超导体提供了指导。

       该论文共同第一作者为山东大学的李飞宇博士生和北京高压科学研究中心的邢贞芳博士生。北京高压科学研究中心(上海分中心)、上海前瞻物质科学研究院的曾桥石研究员和上海前瞻物质科学研究院的彭帝副研究员、山东大学的张俊杰教授、陶绪堂教授为论文共同通讯作者。北京高压科学研究中心的研究团队成员还包括曾徵丹研究员、刘雨鑫博士生和罗涛博士生。相关工作得到了科技部、国家自然科学基金委、中科院以及上海市科学技术委员会项目的资助，高压原位衍射实验得到了上海同步辐射光源17UM线站的支持。

转载自：北京高压科学研究中心