中科大《Nature Physics》：鎳基高溫超導體研究取得重要進展！

近日，中國科學技術大學陳仙輝研究團隊等，在混合型Ruddlesden–Popper結構鎳酸鹽La5Ni3O11單晶中發現高壓誘導的高溫超導電性。這一新結構超導體拓展了鎳基高溫超導體材料家族，為高溫超導機理研究提供了新的材料體系。

相關研究成果在線發表在《自然-物理學》（Nature Physics）上。研究工作得到科學技術部、國家自然科學基金委員會、中國科學院等的支持。

論文鏈接：

https://www.nature.com/articles/s41567-025-03023-3

前期，科研團隊對Ruddlesden–Popper結構的鎳酸鹽開展研究。科研團隊在常壓下合成具有四方結構的La4Ni3O10和La3Ni2O7，并進行壓力下的輸運測量。結果表明，高壓下的超導電性與常壓下的密度波轉變，存在重要關聯。四方結構的La4Ni3O10和La3Ni2O7在常壓下沒有密度波轉變，在高壓下也沒有表現出超導電性。在常壓下，具有密度波轉變的正交結構La4Ni3O10和La3Ni2O7，在高壓下展現出超導電性。這表明，密度波轉變而非結構相變，是鎳基材料在壓力下出現超導電性的先決條件，為鎳基超導機理的理解和理論研究提供了重要思路。

在上述研究的基礎上，研究團隊探討了更廣泛的Ruddlesden–Popper相鎳酸鹽材料。La5Ni3O11是獨特的雜化鎳酸鹽，其結構由La3Ni2O7和La2NiO4層交替堆疊而成，常壓下表現密度波轉變，轉變溫度在170 K左右。該團隊通過系統的高壓電輸運研究發現，隨著壓力逐步增加，常壓下的密度波轉變溫度呈現逐漸升高的行為，同時基本不受壓力誘導的正交-四方結構相變的影響。在壓力升高到約12 GPa時，密度波相變突然消失，并伴隨著超導電性的出現，表明壓力誘導一個密度波相與超導相的一級相變。當壓力升高至約21 GPa時，該體系展現出最佳的超導轉變，其零電阻超導轉變溫度Tc達到54 K。

進一步，研究團隊通過高壓抗磁性測量，在最佳壓力附近觀察到邁斯納效應，超導體積分數達70%，表明其超導電性為體超導。

繼La3Ni2O7和La4Ni3O10后，混合Ruddlesden–Popper結構高壓下超導的發現，為鎳基高溫超導體家族增添了新成員，證明雙層鈣鈦礦結構(RNiO3)2是重要的高溫超導結構單元，為探討鎳基材料中的高溫超導機理提供了新的材料體系。

La5Ni3O11的晶體結構（a）和高壓相圖（b）

本文來自：中國科學技術大學