我院王猛教授团队在Pr₄Ni₃O₁₀中发现压力诱导的超导电性

        自从上世纪80年代发现铜氧化物高温超导体以来，高温超导研究一直是凝聚态物理领域的重要前沿。探索新型高温超导体对于研究高温超导机制及其应用至关重要。具有与铜氧化物高温超导体类似晶体结构和电子构型的镍氧化物，被认为是潜在的高温超导体。

      2023年, 我院王猛教授研究团队和合作者在双层镍氧化物La₃Ni₂O₇单晶样品中14GPa压力下发现80K的超导电性[Nature 621,493(2023)]。随后，王猛团队及合作者在实验上对La₃Ni₂O₇体系的超导电性[Nat. Phys. 20,1269(2024); Chin. Phys. Lett. 40,117302(2023)]、化学组分[Nature 630,847(2024)]、超导态的晶格结构[J. Am. Chem. Soc. 146,7506(2024)]、电子结构[Nat. Commu. 15,4373(2024)]、电子关联强度[Nat. Commu. 15,7570(2024)]、磁激发谱和磁性交换关联强度[Sci. Bull. 69,3221(2024); Nat. Commu. 15,9597(2024)]、超快动力学性质[Nat. Commu. 15,10408(2024)]、隧道谱学[Phys. Rev. B 110,134520(2024)]等性质进行了系统研究，掀起了镍氧化物高温超导研究的热潮。

        La₃Ni₂O₇超导电性被发现后，国内外多个研究团队报道了在La₄Ni₃O₁₀样品中发现压力诱导的超导电性。然而，镍氧化物体材料的超导研究局限于La-Ni-O材料体系及其掺杂样品。

▲Pr₄Ni₃O_10-δ磁性、比热、结构及压力下的电输运测量结果

(a)常压下磁化率

(b)比热及电阻率观察到两个密度波转变

(c) 随压力增加，结构从单斜相向四方相转变

(d)压力增加使电阻减小并出现超导转变

(e)超导转变温度存在磁场依赖

(f)超导电性上临界场拟合

(g) 密度波序与超导电性在压力下的相图

        最近，我院王猛团队首次在Pr₄Ni₃O_10-δ多晶样品中发现压力下近30K的超导电性。该研究利用溶胶凝胶法合成出了Pr₄Ni₃O₁₀多晶样品，利用金刚石对顶砧技术对样品进行了不同压力下的结构和电输运研究。不同于La-Ni-O体系，Pr₄Ni₃O_10-δ中Ni 和 Pr子晶格分别在157.6 和 4.3 K形成密度波序。晶体结构在20GPa压力附近从P2₁/a单斜相转变成I4/mmm四方相。结构相变后低温下电阻出现迅速减小并且转变温度存在明显的磁场依赖，预示着Pr₄Ni₃O_10-δ存在超导电性。在54.1GPa压力下超导转变温度达到30 K，拟合的上临界场为29.8 T。Pr₄Ni₃O₁₀超导电性的发现拓宽了镍氧化物超导体家族，为镍氧化物的超导机制研究提供了新的平台。该成果近期以“Signature of Superconductivity in Pressurized Trilayer-nickelate Pr₄Ni₃O_10-δ”为题，在中国物理评论快报发表[Chin. Phys. Lett. 41,127403 (2024)]。

        该工作由我院王猛教授和理学院孙华蕾副教授指导学生完成。我院博士研究生黄星、张恒源、李婧嫄、陈俊峰、邱钲阳、马培跃、黄潮欣和博士后霍梦五参加了相关研究工作。该研究工作得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金、广东省基础与应用基础研究基金、广州市科技计划基础与应用基础研究专题、深圳市科技计划支持，同时得到了广东省磁电物性分析与器件重点实验室和广东省磁电物性基础学科研究中心支持。