研究背景
超導材料因其在能源、醫療、量子計算等領域的廣泛應用而備受關注。特別是高溫超導材料，其臨界溫度（Tc）較高，可在相對常規的溫度下實現超導狀態，具有顯著的應用潛力。與傳統的超導材料（如鉛、錫等）相比，銅氧化物（銅酸鹽）因其能夠在高于30K的溫度下實現超導性，一直是研究的熱點。然而，這些材料普遍存在晶格缺陷、較低的超導臨界場等問題，因此，提升超導臨界溫度及材料的穩定性仍然是科學研究中的一大挑戰。
針對這一挑戰，新加坡國立大學S. Lin Er Chow, Zhaoyang Luo & A. Ariando研究團隊在“Nature”期刊上發表了題為“Bulk superconductivity near 40K in hole-doped SmNiO2 at ambient pressure”的最新論文。該團隊成功設計并制備了摻孔的鎳氧化物（如Sm-Eu-Ca-Sr）NiO2薄膜，成功實現了在常壓下接近40K的超導臨界溫度，且材料幾乎沒有晶格壓縮，展現出零電阻態和邁斯納效應等標志性超導特征。
他們通過精確調控材料的摻雜和合成條件，團隊顯著提高了材料的電性能，達到了超低電阻率和極高的殘余電阻率比，展示了該鎳氧化物超導體在無銅氧化物基礎上實現高溫超導性的潛力。
研究亮點
1.實驗首次在常壓下，摻孔的d9-x型鎳氧化物（Sm-Eu-Ca-Sr）NiO2薄膜中，觀察到超導性，且超導臨界溫度接近40K，幾乎沒有晶格壓縮。
2.實驗通過低溫電阻測量，觀察到在31K下材料呈現零電阻狀態，并驗證了邁斯納效應，確認其超導性。
3.該材料合成過程中，幾乎沒有出現Ruddlesden–Popper型結構缺陷，且展現出超低電阻率（約0.01 mΩ·cm），殘余電阻率比達到10，說明其具有良好的導電性能和低缺陷特性。
4.結果表明，強關聯d電子金屬氧化物，尤其是鎳氧化物，作為超導材料的基礎，具有實現高溫超導性的潛力，為進一步理解和探索高溫Cooper配對機制提供了新的平臺和思路。
圖文解讀
圖1| 超導 Sm1-x-y-zEuxCaySrzNiO2，SECS氧化鎳薄膜的結構信息。
圖2| 超導SECS氧化鎳薄膜的輸運特性。
圖3| SECS氧化鎳薄膜中的零電阻和抗磁狀態。
圖4|氧化鎳薄膜中的邁斯納態。
圖5|超導-氧化鎳的發現。
結論展望
在SECS中實現高溫超導性，加上最近發現的d7+α雙層鎳氧化物，豐富了作為銅酸鹽替代品的高溫超導材料平臺。比較這兩種體系的可觀察現象對于確定非常規高溫Cooper配對的普遍成分具有重要價值。建立Tc與參數（例如反鐵磁相互作用J值、躍遷、核質量）之間的關系，可能為哈伯德模型的相互作用項提供合適的描述，并為銅酸鹽和鎳酸鹽中高溫Cooper配對的微觀理論提供關鍵見解。考慮到無限層鎳酸鹽的反鐵磁J值較小，大約是銅酸鹽的1/3-1/2，我們注意到SECS的Tc特別大，且與單CuO2層銅酸鹽相當。盡管銅酸鹽的超導Tc與母化合物中的電荷轉移間隙大小呈負相關，但無限層鎳酸鹽的電荷轉移間隙似乎過大，無法支持40 K范圍內的超導Tc。顯然，本次發現應為理論和實驗研究提供動力，深入探討這種沒有銅的高溫超導性的起源和配對機制。本文為理解和建立一種超越銅酸鹽的廣泛高溫非常規超導層狀氧化物家族奠定了第一步基礎。
原文詳情：
Chow, S.L.E., Luo, Z. & Ariando, A. Bulk superconductivity near 40 K in hole-doped SmNiO2 at ambient pressure. Nature (2025).
https://doi.org/10.1038/s41586-025-08893-4
