近日，北京高壓科學(xué)研究中心的楊文革團(tuán)隊(duì)結(jié)合高壓低溫原位X射線衍射與吸收譜測量系統(tǒng)研究了三層鎳酸鹽La?Ni?O10-δ高壓、低溫下的晶體及電子結(jié)構(gòu)演變。該研究首次建立了La?Ni?O10-δ的高壓低溫相圖，并揭示了壓力誘導(dǎo)的晶體結(jié)構(gòu)畸變以及電子結(jié)構(gòu)的重構(gòu)是La?Ni?O???δ超導(dǎo)轉(zhuǎn)變的關(guān)鍵原因。相關(guān)結(jié)果以“Crystal and Electronic Structure Studies of La4Ni3O10?δunder High Pressure and Low-Temperature Conditions”為題發(fā)表于JACS.

近年來，雙層與三層Ruddlesden–Popper結(jié)構(gòu)的鎳酸鹽高溫超導(dǎo)的發(fā)現(xiàn)，引發(fā)了全球凝聚態(tài)物理領(lǐng)域的強(qiáng)烈關(guān)注，并開啟了鎳基超導(dǎo)研究的新熱潮。鎳酸鹽被視為“銅酸鹽超導(dǎo)體的兄弟體系”，其獨(dú)特的電子結(jié)構(gòu)和層狀晶體框架，被認(rèn)為可能是揭示非常規(guī)超導(dǎo)的核心機(jī)制。因此，要真正理解鎳酸鹽的超導(dǎo)本質(zhì)，獲得材料在不同壓力與溫度下精確的晶體結(jié)構(gòu)和電子態(tài)演變是關(guān)鍵所在。

楊文革團(tuán)隊(duì)結(jié)合原位高壓-低溫 X 射線衍射技術(shù)和X 射線吸收譜技術(shù)，系統(tǒng)研究了三層鎳酸鹽La?Ni?O???δ在高壓-低溫下的晶體及電子結(jié)構(gòu)演變，實(shí)現(xiàn)了對其在超導(dǎo)臨界區(qū)域內(nèi)晶體結(jié)構(gòu)和電子態(tài)的原位同步監(jiān)測，從而揭示了三層La?Ni?O???δ超導(dǎo)轉(zhuǎn)變的結(jié)構(gòu)機(jī)制。

常壓下 La?Ni?O???δ為單斜相，隨壓力升高，其逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)樗姆较啵?dāng)壓力超過約 48 GPa 并繼續(xù)降溫時，La?Ni?O???δ最終進(jìn)入正交相。這一結(jié)果與以往研究中“四方結(jié)構(gòu)對應(yīng)超導(dǎo)態(tài)”的普遍認(rèn)識存在顯著差異，表明該體系在高壓條件下的結(jié)構(gòu)演化更加復(fù)雜，其超導(dǎo)機(jī)理可能涉及此前未被認(rèn)識的結(jié)構(gòu)自由度。進(jìn)一步的數(shù)據(jù)分析表明，超過48GPa的低溫度下， NiO?八面體發(fā)生明顯畸變，并使得Ni 的3d 與氧的2p 軌道的雜化顯著增強(qiáng)。這一電子結(jié)構(gòu)重構(gòu)可能是La?Ni?O???δ超導(dǎo)轉(zhuǎn)變的關(guān)鍵。另外，高壓使 Ni 價態(tài)整體升高，且在低溫下保持穩(wěn)定，為超導(dǎo)電性提供了必要的電子結(jié)構(gòu)環(huán)境。

圖釋：三層鎳酸鹽La?Ni?O???δ的高壓低溫相圖。

該研究首次從晶體結(jié)構(gòu)與電子結(jié)構(gòu)雙維度，系統(tǒng)構(gòu)建了 La?Ni?O???δ的高壓–低溫相圖，分析了其超導(dǎo)轉(zhuǎn)變的結(jié)構(gòu)機(jī)理。該工作有望為理解鎳酸鹽高溫超導(dǎo)的產(chǎn)生機(jī)制提供了重要的數(shù)據(jù)參考。

本文來自“材料科學(xué)與工程”公眾號，感謝作者團(tuán)隊(duì)支持。