研究揭示了镍酸盐中超导性的起源

镍酸盐是一种材料类别，因其最近发现的超导能力而让科学家们兴奋不已，现在由康奈尔大学领导的一项新研究改变了科学家认为这种能力可能起源的地方，为未来如何设计更多功能版本提供了蓝图。

20多年前，镍基氧化物化合物或镍酸盐中预测了超导性，但直到2019年才首次通过实验实现，并且仅在以非常薄的晶体薄膜(小于20纳米厚)生长的样品中生长，分层在支撑基板材料上。

世界各地的研究人员一直在努力更好地了解镍酸盐中超导性的微观细节和起源，以创造以宏观“块状”晶体形式成功超导的样品，但尚未成功。这种限制导致一些研究人员推测超导性不是在镍酸盐薄膜中，而是在薄膜和基板相遇的原子界面上。

在发表在《自然材料》上的“解析无限层镍酸盐薄膜的极性界面”中，由应用和工程物理学副教授Lena Kourkoutis和马克斯普朗克固体化学物理研究所密涅瓦小组负责人Berit Goodge博士领导的研究小组使用了先进的扫描透射电子显微镜和电子能量损失光谱 提供前所未有的镍酸盐薄膜与其钛酸锶基底之间的原子界面。

他们发现的是在界面处形成的中间化合物 - 一种从未被预测过的化合物，它减轻了可能产生超导性的电子电荷积聚。这一发现证明，先前提出的超导界面模型是无效的——超导性反而发生在镍酸盐薄膜本身中。

“我们工作的一个重要成果是确定了界面的原子和电子结构实际上是什么样子的，”Kourkoutis说。“以前的工作假设了一种结构，据我们所知，根本不存在。我们现在正在提供该界面的真实结构，以便科学家可以利用这些信息来更好地了解这些材料，并在未来设计新的变化。

这一发现对该领域来说是令人鼓舞的，因为它表明超导性可能不依赖于薄膜几何形状。这意味着理论上应该有可能产生超导体晶体，根据Goodge的说法。

“有一些实验可以探测这个系统的基本物理学，直到我们拥有真正高质量的块状晶体才能完成，”古奇说。“因此，虽然薄膜是一个很好的平台，但我们确实希望能够扩展到更大的晶体来进行其他测量。现在我们知道，为什么超导性只发生在薄膜中，并没有一些基本的物理限制。

Goodge补充说，这些努力将支持更广泛的超导家族的进步，以开发用于技术应用的新化合物。