北京
記者9日從南方科技大學獲悉，該校量子功能材料全國重點實驗室和物理系、粵港澳大灣區量子科學中心、清華大學薛其坤—陳卓昱團隊，與中國科學技術大學沈大偉團隊等合作，在極端氧化條件下通過人工設計原子堆疊序列，創制出單層—雙層超結構和雙層—三層超結構兩種新型常壓鎳基氧化物超導材料。相關研究成果8日發表在國際期刊《自然》上。
高溫超導是凝聚態物理領域最重要的研究前沿之一。繼銅基和鐵基高溫超導體之后，鎳基材料被認為是有希望揭示高溫超導機理的第三類體系。然而，鎳基超導材料的合成與控制所必需的高度氧化狀態，與實現晶格穩定生長之間存在熱力學沖突。
研究團隊自主研發的“強氧化原子逐層外延”技術，開辟出一個極端非平衡的生長區間，使薄膜在生長過程中一步完成結構構建與充分氧化。
基于該技術，研究團隊按照人工設計的原子堆疊藍圖，精確合成出單層—雙層超結構、單層—三層超結構和雙層—三層超結構三種全新的鎳基超結構材料，并發現單層—雙層超結構和雙層—三層超結構在常壓下可實現高溫超導，起始轉變溫度分別達到50開爾文（K）和46K，均突破傳統超導理論中的“麥克米蘭極限”，而單層—三層超結構僅呈現金屬性。
而后，研究團隊將原子級精準的結構控制與角分辨光電子能譜相結合，對不同堆疊結構的鎳基氧化物薄膜進行系統比較后發現，在超導結構中，布里淵區頂角附近均存在一個被稱為γ能帶形成的費米口袋；而在不超導結構中，這一γ能帶則未能形成費米口袋。
據悉，這一發現從實驗上表明了原子堆疊構型、電子能帶與超導電性之間的關聯，可識別出決定超導發生與否的“電子基因”，為揭示鎳基高溫超導的微觀機制提供了明確的實驗證據。
來源: 科技日報
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