《JACS》：三層鎳酸鹽的高壓超導的結構之謎！

近日，北京高壓科學研究中心的楊文革團隊結合高壓低溫原位X射線衍射與吸收譜測量系統研究了三層鎳酸鹽La?Ni?O10-δ高壓、低溫下的晶體及電子結構演變。該研究首次建立了La?Ni?O10-δ的高壓低溫相圖，并揭示了壓力誘導的晶體結構畸變以及電子結構的重構是La?Ni?O???δ超導轉變的關鍵原因。相關結果以“Crystal and Electronic Structure Studies of La4Ni3O10?δunder High Pressure and Low-Temperature Conditions”為題發表于JACS.

近年來，雙層與三層Ruddlesden–Popper結構的鎳酸鹽高溫超導的發現，引發了全球凝聚態物理領域的強烈關注，并開啟了鎳基超導研究的新熱潮。鎳酸鹽被視為“銅酸鹽超導體的兄弟體系”，其獨特的電子結構和層狀晶體框架，被認為可能是揭示非常規超導的核心機制。因此，要真正理解鎳酸鹽的超導本質，獲得材料在不同壓力與溫度下精確的晶體結構和電子態演變是關鍵所在。

楊文革團隊結合原位高壓-低溫 X 射線衍射技術和X 射線吸收譜技術，系統研究了三層鎳酸鹽La?Ni?O???δ在高壓-低溫下的晶體及電子結構演變，實現了對其在超導臨界區域內晶體結構和電子態的原位同步監測，從而揭示了三層La?Ni?O???δ超導轉變的結構機制。

常壓下 La?Ni?O???δ為單斜相，隨壓力升高，其逐漸轉變為四方相，當壓力超過約 48 GPa 并繼續降溫時，La?Ni?O???δ最終進入正交相。這一結果與以往研究中“四方結構對應超導態”的普遍認識存在顯著差異，表明該體系在高壓條件下的結構演化更加復雜，其超導機理可能涉及此前未被認識的結構自由度。進一步的數據分析表明，超過48GPa的低溫度下， NiO?八面體發生明顯畸變，并使得Ni 的3d 與氧的2p 軌道的雜化顯著增強。這一電子結構重構可能是La?Ni?O???δ超導轉變的關鍵。另外，高壓使 Ni 價態整體升高，且在低溫下保持穩定，為超導電性提供了必要的電子結構環境。

圖釋：三層鎳酸鹽La?Ni?O???δ的高壓低溫相圖。

該研究首次從晶體結構與電子結構雙維度，系統構建了 La?Ni?O???δ的高壓–低溫相圖，分析了其超導轉變的結構機理。該工作有望為理解鎳酸鹽高溫超導的產生機制提供了重要的數據參考。

本文來自“材料科學與工程”公眾號，感謝作者團隊支持。