镍氧化物压力下超导转变温度达到100 K

      自2023年在双层Ruddlesden–Popper（RP）相镍氧化物La3Ni2O7中首次发现压力诱导的80 K超导电性以来，镍氧化物已成为继铜基、铁基之后第三类高温超导体系。通过元素掺杂引入化学压力对晶格进行调控，是研究超导机理和提升超导转变温度的重要途径。然而，合成纯相双层RP镍氧化物需要高度精确的实验条件，这为化学掺杂调控带来了挑战。

      王猛教授团队经过长期探索，采用溶胶–凝胶法成功合成了系列稀土元素掺杂的双层RP相镍氧化物样品。此前，团队在La1.5Sm1.5Ni2O7中于37 GPa下实现了89.2 K的超导转变[Phys. Rev. B 113, 174512 (2026)]。在本项工作中，团队进一步实现了具有目前最高Nd掺杂水平（0 ≤ x ≤ 2.4）的La3-xNdxNi2O7高质量多晶样品。Nd3+离子半径小于La3+，引入后有效增强了晶格畸变，导致c轴方向晶格常数显著收缩。常压下，自旋密度波转变温度从138 K提升至161 K，表明磁交换关联强度增强；同时，由于掺杂导致的晶格畸变增强，从正交晶系到四方晶系的结构相变压力也被提升。

      团队基于自主搭建的高压实验平台，对La3-xNdxNi2O7多晶样品进行了系统性高压电输运测试。结果表明，随着Nd掺杂比例的增加，超导转变温度持续上升。其中，La0.9Nd2.1Ni2O7在电阻测量中显示超导温度93 K，电阻导数中显示97 K的起始温度。超导电性的起始压力与结构相变压力一致，表明结构相变与超导电性密切相关。

      北京高压科学中心Viktor V. Struzhkin研究员团队利用射频传输技术，在La0.6Nd2.4Ni2O7样品中测量到98 K的超导转变信号，在La0.9Nd2.1Ni2O7样品中测量到100.5 K，这是目前镍基超导体系的最高转变温度纪录（图1）。

图1 射频信号传输技术探测La0.9Nd2.1Ni2O7、La0.6Nd2.4Ni2O7样品的超导转变

      通过对块体与薄膜样品数据的系统比较，团队总结出双层RP相镍氧化物中普适性的最高超导转变温度Tc与c轴晶格常数的负相关关系（图2），为后续提升超导温度提供了明确指引。姚道新教授团队的理论分析也表明，Tc的提升与层间耦合增强有关[Sci. China-Phys. Mech. Astron. 69, 247414 (2026)]。

      本项工作通过合成最高Nd掺杂水平的双层RP相镍氧化物多晶样品，将La0.9Nd2.1Ni2O7的Tc提升至100.5 K，创造了迄今镍基超导转变温度的最高纪录。研究同时揭示了自旋密度波转变温度与Tc之间的正相关关系，以及块体和薄膜样品中均成立的Tc与晶格常数c的负相关关系，为提升RP相镍氧化物超导转变温度提供了明确方向，也为理解镍基高温超导机理提供了关键实验依据。该成果近期以“High-Temperature superconductivity at 100 K in La3-xNdxNi2O7”为题在国际知名学术期刊Nature Communications发表。

图2 双层RP相镍氧化物的超导转变温度与晶格参数的负相关关系

      本项工作由中山大学物理学院王猛教授团队、北京高压科学中心Viktor V. Struzhkin研究员团队、中山大学理学院孙华蕾副教授团队合作完成。主要实验工作由我院博士研究生邱钲阳、陈俊峰，北京高压科学中心Dmitrii V. Semenok博士，中山大学理学院硕士研究生钟清艺等人共同完成。结构研究在上海同步辐射光源BL17UM线站完成。研究工作得到国家自然科学基金委、科技部、教育部、广东省、广州市、深圳市等科技计划项目支持，主要依托广东省磁电物性分析与器件重点实验室、广东省磁电物性基础学科研究中心和中山大学物理学院公共科研平台开展。

论文链接：https://doi.org/10.1038/s41467-026-76534-z