摘要：Ruddlesden–Popper（RP）相镍酸盐（An+1NinO3n+1，A = La或Pr）是一类新兴的高温超导材料，因其独特的层状结构和调控性，受到了凝聚态物理与材料科学领域的广泛关注。

Ruddlesden–Popper（RP）相镍酸盐（An+1NinO3n+1，A = La或Pr）是一类新兴的高温超导材料，因其独特的层状结构和调控性，受到了凝聚态物理与材料科学领域的广泛关注。

与传统铜氧化物超导体相比，该类材料不仅具有更丰富的层间耦合机制，还在电子结构调控方面展现出独特优势，因此被视为探索新型超导机理的重要平台。然而，目前块体RP相镍酸盐材料仅在高压条件下表现出超导性，临界电流密度低、晶体缺陷多以及过渡宽度大等问题，极大限制了其在常压条件下的应用和对其本征物性的深入研究。

成果简介

鉴于此，斯坦福材料与能源科学研究所Harold Y. Hwang教授、於逸骏博士、Eun Kyo Ko携手在Nature Materials期刊上发表了题为“Superconductivity and normal-state transport in compressively strained La₂PrNi₂O₇ thin films”的最新论文。

该团队采用脉冲激光沉积法，在SrLaAlO4（001）基底上成功外延生长出高质量的La₂PrNi₂O₇薄膜。通过精细调控温度与氧分压，并引入基于电阻反馈的臭氧退火系统，有效填补了氧空位，优化了晶体结构稳定性。借助此工艺，所制备薄膜不仅展现出超过48 K的超导转变起始温度（Tc,onset），其零电阻温度（Tc,0）也达到30 K以上。同时，在1.4 K条件下的临界电流密度（Jc）较此前报道提高近两个数量级，创下了目前双层镍酸盐块体与薄膜材料中的最高值。

此外，通过磁场依赖电阻测试及X射线衍射与扫描透射电镜表征，该工作进一步确认了超导行为的体相本征性质，并排除了由三层结构掺杂引发的假象转变可能性。该成果不仅推动了镍基高温超导体系的发展，也为在常压条件下实现稳定超导性提供了新的技术路径与理论支撑。

研究亮点

（1）实验首次在La₂PrNi₂O₇薄膜中实现了清晰、单步的超导转变，得到了Tc,onset超过48 K、Tc,0超过30 K的超导性能，这一性能超过了此前报道的体相或La₃Ni₂O₇薄膜的超导表现，展现出目前双层镍酸盐中最高的临界电流密度（Jc）。

（2）实验通过优化脉冲激光沉积生长条件（温度与氧分压）及后续臭氧退火处理，有效提高了薄膜质量，显著减少了晶体缺陷和氧空位，从而改善了超导转变的完整性和临界参数。进一步：

1. 通过在SLAO(001)衬底上外延生长，施加-2%压应变，使薄膜结构保持应变匹配，有助于调控晶格并提升Tc。

2. 使用电阻反馈控制的臭氧退火系统填补氧空位，确保结构稳定性并促进超导相形成。

3. 通过电阻测量和Jc测试确认其为体相超导性，Jc在1.4 K时较先前报道提高约100倍。

4. 在磁场下进行上临界场Hc测量，提取出的Ginzburg–Landau面内相干长度约为1.7 nm，超导层厚度约为4.9 nm，与XRD和STEM分析结果一致。

5. 未观察到双步转变或三层结构夹杂造成的异常，进一步支持其为高质量、单一相的体相超导薄膜。

图文解读

图 1. La₂PrNi₂O₇薄膜的超导性质。

图 2. 生长优化和结构表征。

图 3. 臭氧退火工艺优化。

图 4. 正常态输运性质。

结论展望

本文通过引入等价价态的Pr元素替代及精细调控薄膜生长与臭氧退火条件，有效提升了薄膜的结晶质量和氧含量，显著改善了超导性能，表明材料的化学组成和制备工艺对超导性质具有关键影响。其次，观察到La₂PrNi₂O₇薄膜中费米液体特征的常态输运行为及其与过掺杂铜氧化物的相似性，提示不同高温超导体系可能存在共同的电子关联机制，为深入理解镍酸盐超导机理提供了新的视角。

此外，通过外延应变调控晶格结构，成功实现了常压下高温超导的稳定，展示了应变工程作为调控超导临界温度和性能的有效策略。这些发现不仅推动了镍酸盐超导体的发展，也为探索更多新型超导材料、提升其应用潜力奠定了理论和实验基础，促进了高温超导领域的跨材料体系对比与机制解析。

文献信息

Liu, Y., Ko, E.K., Tarn, Y. et al. Superconductivity and normal-state transport in compressively strained La2PrNi2O7 thin films. Nat. Mater. (2025). https://doi.org/10.1038/s41563-025-02258-y

来源：朱老师讲VASP