新加坡国立大学 (上图)显示了使用氢化钙(CaH2)将钙钛矿结构Nd1-xSrxNiO3转变为无限层结构Nd1-xSrxNiO2
(下图)显示了单晶钛酸锶衬底上无限层Nd1-xSrxNiO2薄膜的大角度环形暗场扫描透射电子显微镜(HAADF-STEM)图像和相图
Tc90 %电阻和Tc10 %电阻被定义为电阻率分别下降到15 K(超导开始)时的90%和10%的温度
图左上角的插图是超导圆顶区域的放大图
TH表示大多数电荷载流子从电子变为空穴的温度
信用:实体审查信 新加坡国立大学的物理学家已经开发了一种方法来诱导稀土镍酸盐从其天然钙钛矿形式向无限层结构的转变
这使得他们能够建立镍酸盐超导体的完整相图
超导体是一种材料系统，当它变得比“临界温度”，即超导转变温度Tc更冷时，可以零电阻传导电流
传统超导体的温度通常低于基于巴丁-库珀-施里弗理论预测的30 K左右(室温下268度)的极限
这限制了超导装置在我们日常生活中的使用
几十年来，研究人员一直试图通过合成新材料来提高这一温度系数
理解物理机制也很重要
在80年代后期，人们发现了含氧化铜层(称为铜酸盐)的化合物中的所谓高温超导性，其Tc高于BCS极限，随后又高于液氮的沸点(77 K)
从那以后，高温超导一直停滞不前，尽管已经取得了重要的研究成果，但高温超导的起源和机制仍然是个谜
一个具有类似铜酸盐的晶体和电子结构的新的超导家族是寻找潜在的高温超导材料和理解高温超导的潜在机制的途径之一
最近，研究人员发现稀土镍酸盐化合物中存在超导性，镍酸盐是铜酸盐的类似物
研究这种铜酸盐类似物可能有助于更好地理解高温超导性，以及预测、设计和合成高温超导体的可能性
然而，镍酸盐超导体的生产显然比最初想象的更具挑战性
这一发现九个月后，由新加坡国立大学物理系的阿丽安多教授领导的研究小组成为第一个复制这一结果的小组
更重要的是，他们成功地绘制了镍酸盐超导体的相图
为了实现这一点，阿丽安多教授的团队开发了一种拓扑还原技术，将稀土镍酸盐(NdNiO2)薄膜从其常见的钙钛矿晶体形式转变为一种新的掺杂结构形式，称为无限层结构
在这种材料中，当镍酸盐化合物掺杂锶杂质时，超导性出现，它以无限层结构形式存在
这项技术使得研究小组能够研究超导性与掺杂的关系
他们构建了这种材料系统的相图，并发现了超导圆顶区域(掺杂相关的温度系数)和圆顶侧面的弱绝缘区域(见图)
在他们的实验中，研究人员使用脉冲激光沉积技术在钛酸锶(SrTiO3)衬底上合成掺锶镍酸盐Nd1-xSrxNiO3薄膜
将生长好的薄膜与试剂氢化钙(CaH2)一起放入真空室中以引发还原反应
在还原过程中，氧化镍八面体中的顶端氧原子被除去
这导致钙钛矿Nd1-xSrxNiO3转变成无限层Nd1-xSrxNiO2
研究人员应用了不同水平的锶掺杂浓度，发现当锶的成分在x = 0之间时，无限层Nd1-xSrxNiO2中出现超导性
135和0
235
这形成了一个超导圆顶形区域
更有趣的是，他们发现除了超导区域，在低温下也可以观察到弱绝缘行为
这种独特的行为不同于其他高Tc材料系统，如铜酸盐
阿丽安多教授说:“通过在绝缘母体化合物中引入合适的杂质，镍酸盐材料体系可以表现出高温超导性
我们的发现可以为更好地理解这些材料系统中的掺杂相关特性以及寻找镍族中的其他超导材料提供进一步的见解
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