高压下镍基氧化物单晶96K高温超导电性

近日，山东大学晶体材料全国重点实验室张俊杰教授/陶绪堂教授团队牵头，联合北京高压研究中心曾桥石研究员、中国科学院物理研究所周睿研究员、国家纳米科学中心郑强研究员、芝加哥大学陈愈生教授等多个团队，在镍基高温超导体研究中取得重大突破，相关团队以“Bulk superconductivity up to 96 K in pressurized nickelate single crystals”为题，在线发表于国际顶级期刊《自然》（Nature）上。

论文第一作者为山东大学晶体材料全国重点实验室2023级博士研究生李飞宇（共一第一）和北京高压研究中心博士研究生邢贞芳（共一第二），通讯作者为山东大学张俊杰教授、陶绪堂教授，北京高压研究中心曾桥石研究员、彭帝博士，山东大学晶体材料全国重点实验室为第一通讯单位。

镍基超导的两大关键问题

高温超导材料因零电阻和完全抗磁性，在能源、信息、医疗、交通等领域具有重要的应用价值，但高温超导机理仍是未解之谜，被国际顶级学术期刊《科学》（Science）列为“人类125个未解决的关键科学问题”之一。

镍基氧化物是近年来新兴的高温超导体系，其研究仍面临两大挑战：一是体块单晶依赖高压制备，且易于出现化学组分不均匀、氧空位以及单层-三层杂化Ruddlesden-Popper相共存等问题；二是最高超导转变温度（T_c）仅83K，远低于铜基超导体的164K。

重大突破解决领域难题

针对传统“高压浮区法”需10-15个大气压氧压、单晶质量不高的问题，团队首创常压助熔剂法——以K₂CO₃为助熔剂，在常压下成功生长了系列双层镍氧化物单晶，测试表明单晶具有良好的成分均匀性和高的晶体质量，解决了镍基超导高质量单晶制备的“卡脖子”问题，为高温超导机理研究提供了优质材料平台。

团队发现La₂SmNi₂O₇单晶在21.6GPa下T_c高达92K，零电阻温度73K，超导体积分数超60%，明确证实该材料为体超导，同时打破了之前的镍基超导温度纪录。团队还发现该材料在单斜、四方两种结构下均能超导，为解决镍基高温超导机理问题提供重要结构基础。

团队进一步分析结构与物性关系，首次发现关键规律：常压下面内晶格畸变Δ=(a-b)/(a+b) 与高压下最高T_c呈正相关，即晶格畸变越大，超导温度越高。基于此规律，团队测试了La_1.57Sm_1.43Ni₂O_7-δ单晶，发现其高压下T_c高达96K（约–177 ℃），创造了全球最高镍基超导温度纪录。

该成果的核心价值在于团队的原创贡献：“常压助熔剂法”打破高压依赖，提供了低成本、易推广的单晶制备方案；“晶格畸变-T_c”规律创造镍基高温超导新纪录，为设计与合成更高T_c的镍基高温超导材料提供了一种有效解决思路。团队进一步预测，晶格畸变更大的La_0.87Nd_2.13Ni₂O_7-δ单晶高压下最高T_c有望突破100K。