特別說明：本文由學(xué)研匯技術(shù)中心原創(chuàng)撰寫，旨在分享相關(guān)科研知識(shí)。因?qū)W識(shí)有限，難免有所疏漏和錯(cuò)誤，請(qǐng)讀者批判性閱讀，也懇請(qǐng)大方之家批評(píng)指正。原創(chuàng)丨彤心未泯（學(xué)研匯 技術(shù)中心）超導(dǎo)性發(fā)生在各種強(qiáng)相關(guān)的物質(zhì)相附近，引起了人們對(duì)其正常狀態(tài)特性的廣泛關(guān)注，以加深對(duì)超導(dǎo)性出現(xiàn)狀態(tài)的理解。最近發(fā)現(xiàn)的層狀鎳酸鹽超導(dǎo)性引起了類似的興趣。然而，摻雜無限層鎳酸鹽薄膜的輸運(yùn)測量受到這些亞穩(wěn)態(tài)化合物的材料限制的阻礙，特別是高密度的擴(kuò)展缺陷。基于此，斯坦福材料與能源科學(xué)研究所Kyuho Lee等人通過轉(zhuǎn)移到更好地穩(wěn)定生長和還原條件的襯底 (LaAlO3)0.3(Sr2TaAlO6)0.7，可以合成基本上沒有擴(kuò)展缺陷的Nd1–xSrxNiO2摻雜系列。在它們不存在的情況下，正常狀態(tài)電阻率顯示出欠摻雜狀態(tài)下的低溫上升、接近最佳摻雜的線性行為以及過度摻雜的二次溫度依賴性。盡管存在一些關(guān)鍵區(qū)別，但其在現(xiàn)象學(xué)上與銅氧化物相似，即缺乏絕緣母體化合物、多帶電子結(jié)構(gòu)和莫特-哈伯德軌道排列，而不是銅氧化物的電荷轉(zhuǎn)移絕緣體。進(jìn)一步觀察到超導(dǎo)性在轉(zhuǎn)變溫度和摻雜范圍方面的增強(qiáng)。這些結(jié)果表明，隨著鎳酸鹽無序程度的降低，兩個(gè)超導(dǎo)族的電子特性趨于一致。超導(dǎo)無限層鎳酸鹽合成和研究的一個(gè)中心問題是材料控制，因?yàn)樵撓到y(tǒng)的熱力學(xué)穩(wěn)定性較差，文獻(xiàn)表明最大限度地減少無序和外在缺陷對(duì)于闡明正常態(tài)和超導(dǎo)相圖的性質(zhì)至關(guān)重要。通過使用(LaAlO3)0.3(Sr2TaAlO6)0.7襯底來優(yōu)化鈣鈦礦的外延失配，在Nd1–x SrxNiO2(x=0.05–0.325) 的結(jié)晶度方面取得了實(shí)質(zhì)性進(jìn)展，在整個(gè)Sr摻雜探測范圍內(nèi)一致建立了高結(jié)晶度，從而最大限度地減少了擴(kuò)展缺陷對(duì)電傳輸?shù)呢暙I(xiàn)。
圖 LSAT上Nd1–xSrxNiO2薄膜的結(jié)晶度增強(qiáng) 在LSAT上的薄膜中仍然觀察到超導(dǎo)穹頂。對(duì)于之前的SrTiO3薄膜，發(fā)現(xiàn)超導(dǎo)性的存在與相對(duì)于Rq的正常狀態(tài)電阻大小之間存在直接相關(guān)性。穹頂?shù)膱?jiān)固性和較高的Tc都表明這里的超導(dǎo)性可能是非常規(guī)的，不能純粹用電子-聲子機(jī)制來解釋。
圖 高結(jié)晶Nd1–xSrxNiO2的相圖在欠摻雜區(qū)域，SrTiO3薄膜的低溫電阻率變化大致為log(1/T)（。比較 LSAT 上薄膜的數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)盡管電阻率本身在較干凈的樣品中小了大約四倍，但Tupturn幾乎相同。這些觀察結(jié)果表明，電阻上升不能直接歸因于無序或局域化效應(yīng)，也不能直接歸因于近藤物理學(xué)。通過將測量擴(kuò)展到更低的溫度，觀察到電阻率飽和度低于2?K。
與欠摻雜狀態(tài)相反，當(dāng)降低無序度和施加磁場時(shí)，過摻雜區(qū)域電阻上升的溫度起始點(diǎn)顯著降低。事實(shí)上，Tupturn顯示出與低溫常態(tài)電阻率的強(qiáng)烈線性相關(guān)性。電阻上升的抑制顯示出對(duì)外延應(yīng)變的最小依賴性。這些觀察結(jié)果表明，過摻雜區(qū)域的電阻上升是由無序物理驅(qū)動(dòng)的。
Lee, K., Wang, B.Y., Osada, M. et al. Linear-in-temperature resistivity for optimally superconducting (Nd,Sr)NiO2. Nature 619, 288–292 (2023).DOI：10.1038/s41586-023-06129-xhttps://doi.org/10.1038/s41586-023-06129-x
