Signatures of superconductivity near 80?K in a nickelate under high pressure

Hualei Sun，Mengwu Huo，Xunwu Hu，Jingyuan Li，Zengjia Liu，Yifeng Han，Lingyun Tang，Zhongquan Mao , Pengtao Yang，Bosen Wang，Jinguang Cheng，Dao-Xin Yao，Guang-Ming Zhang& Meng Wang

Imaging the Meissner effect in hydride superconductors using quantum sensors

P. Bhattacharyya，W. Chen， X. Huang，S. Chatterjee，B. Huang，B. Kobrin，Y. Lyu1，T. J. Smart，M. Block，E. Wang，Z. Wang， W. Wu，S. Hsieh，H. Ma，S. Mandyam，B. Chen，E. Davis，Z. M. Geballe，C. Zu，V. Struzhkin，R. Jeanloz，J. E. Moore，T. Cui，G. Galli，B. I. Halperin，C. R. Laumann
& N. Y. Yao

高压下镍氧化物中80K超导电性

的实验迹象

研究人员通过高压电阻和互感磁化率测量观察了La₃Ni₂O₇单晶的超导特征，最大Tc为80K，压力在14.0?43.5 GPa之间。高压下的超导相呈现出Fmmm空间群的斜方结构，其中Ni阳离子的3dx2?y2和3dz2轨道与氧2p轨道强烈混合。密度泛函理论计算表明，超导性的出现与费米能级下σ键带的金属化同时发生，该带由3dz2轨道和连接Ni-O双层的顶氧组成。因此，该发现不仅揭示了Ruddlesden-Popper双层钙钛矿镍盐中高温超导性的重要线索，而且还提供了一个新的化合物家族来研究高温超导机制。

图1.加压La₃Ni₂O₇的结构表征

值得一提的是，La₃Ni₂O₇的生长条件极为苛刻，其平均价态为2.5价，超出了传统的Ni正2价稳定价态，而且氧压范围非常窄。研究团队花了两年多的时间，才摸索出了生长条件，获得了高质量的单晶样品。

图2.La₃Ni₂O₇在1.6和29.5 GPa下的密度泛函理论计算

然而，没有人能够预料到这种新材料是否能带来新的突破。高温超导研究一直缺乏成熟的理论指导，存在很大的不确定性。

幸运的是，这一次他们在中山大学高压实验研究平台、华南理工大学、中国科学院物理研究所和北京同步辐射装置进行了一系列实验研究，很快确定了La₃Ni₂O₇在高压下转变为超导体，并且超导转变温度高达80K（开尔文），处于液氮温区。

图3.La₃Ni₂O₇单晶高温超导相图

接下来他们还将对铜氧化物和镍氧化物高温超导体的共性开展研究，进一步推动高温超导机理的解决。一旦明确机理，便可以借助人工智能等技术设计新的高温超导材料，有望使零损耗的超导输电、更为轻便的核磁共振成像仪等成为现实。

来源：https://www.nature.com/articles/s41586-023-06408-7

利用量子传感器成像氢化物超导体

中的迈斯纳效应

图1.匹配NV色心磁测量技术

基于该技术，研究团队通过场冷(FC)和零场冷(ZFC)的方式测量了高温超导体CeH₉样品在不同位置的抗磁性，获得了与电学测量一致的结果，有力地验证了超导铈氢化物的迈斯纳效应。此外，还在该超导样品中发现了因磁通钉扎而产生的磁滞现象。结果表明，超导转变后磁场发生了不均匀的分布，符合超导体对磁场排斥的特征，证明了超导样品所具有的迈斯纳效应。基于NV色心的磁探测技术具有优异的空间分辨率，研究团队按1微米的步长线性扫描了超导转变后样品在特定温度以及均匀外磁场条件下表面的抗磁分布，实现了百万大气压力以上的磁成像，获得了非均匀样品的局部抗磁性特征，从而确定了CeH₉超导样品的空间分布。

图2.在扫描温度时同时进行电阻和磁性的测量

这项研究成功实现了百万大气压条件下高灵敏度和空间分辨的磁探测，为极端条件下微量样品的磁学测量开辟了广阔的研究空间。

来源：https://www.nature.com/articles/s41586-024-07026-7