北京同步辐射装置助力中国科学家发现首个液氮温区镍氧化物高温超导体

中山大学物理学院王猛教授领导的团队与相关单位人员合作，首次在实验上发现一种在液氮温区压力下实现的镍氧化物超导体，文章于2023年7月12日在《自然》杂志在线发表[1]。这是我国科学家在国际高温超导研究领域做出的一项突破性科学成果，时隔36年，科学家们终于在继铜氧化物之后，发现了第二类突破液氮温度(77K)的非常规超导家族，为高温超导机理和应用研究点燃了新的希望。之前，我国科学家在铜氧化物和铁基超导体研究中都做出过重要贡献，相关研究团队分别在1990年和2013年两次获得国家自然科学一等奖。在本项工作中，北京同步辐射装置为镍氧化物超导体在高压条件下的结构研究也做出了贡献。

中山大学王猛教授领导的实验团队，耗时三年半，通过不断努力成功生长了镍氧化物La3Ni2O7单晶，随后在自主搭建的高压实验研究平台以及华南理工大学、北京同步辐射装置、中国科学院物理研究所开展实验研究，很快在实验上确定了此单晶材料在压力下转变为液氮温区的高温超导体，超导转变温度高达80K。

此前，研究人员一直在正1价镍氧化物材料体系中探索超导电性，而本次发现高温超导的镍氧化物，镍的价态为+2.5价，完全超出人们的预期，其电子结构、磁性与铜氧化物完全不同。通过镍氧化物高温超导电性的研究将对理解高温超导机理带来很多新的启示，有可能促使人们彻底解决高温超导机理。这些机理研究的前提是要搞清楚La3Ni2O7高压下的结构，本研究在北京同步辐射装置4W2-高压实验站完成了La3Ni2O7原位高压X射线衍射实验，通过分析实验结果，发现La3Ni2O7在10 GPa左右从Amam相转变为Fmmm相，并获得了两相的压缩特性，结合理论计算，深入探讨了其超导机理。镍氧化物高温超导体的发现拓展了人们探索高温超导材料，研究高温超导应用的材料体系，可以为人们设计、合成高温超导材料提供指引。

本项目工作中高压X射线衍射实验是在北京同步辐射装置4W2-高压实验站完成的。该实验站经过历任线站负责人刘景研究员、李晓东研究员、李延春副研究员以及全体运行人员的努力，已建成了集合多种实验方法和多种样品环境的高压专用线站;更值得一提是的，本文第一作者中山大学孙华蕾副研究员和文章合作者华南理工大学唐玲云博士均为4W2-高压实验站往届毕业生。

图1. La3Ni2O7单晶样品高压下的电阻、抗磁性及超导上临界磁场拟合。

图2. La3Ni2O7高压下的同步辐射测量及结构分析。